Rancang Bangun Perangkat Telemetri Radio 433 Mhz Untuk Transmisi Data Gambar

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN PERANGKAT TELEMETRI RADIO 433 MHZ UNTUK TRANSMISI DATA GAMBAR

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh

NIM : 100402019 Rhobby Maulana

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

LEMBAR PENGESAHAN

RANCANG BANGUN PERANGKAT TELEMETRI RADIO 433 MHZ UNTUK PENGIRIMAN DATA GAMBAR

Disusun Oleh :

RHOBBY MAULANA 100402019

Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir

NIP. 19780202 200312 1 001 SUHERMAN, ST,M.Comp.PhD.

Diketahui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

NIP. 19540531 198601 1 002 Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si.

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ABSTRAK

Dalam dunia telekomunikasi nirkabel, spektrum frekuensi adalah hal yang sangat penting karena dengan spektrum inilah data dapat ditransmisikan. Perkembangan teknologi jaringan nirkabel membuat banyak perusahaan atau organisasi yang menggunakan teknologi komunikasi radio menjadi lebih efisien karena hanya menggunakan media gelombang radio. Pemanfaatan frekuensi radio 433 MHz sangat bermanfaaat untuk penggunaan sistem telemetri berbasis citra digital. Penginderaan jauh merupakan salah satu aplikasi sistem telemetri tersebut yang paling populer pada saat ini.

Tugas akhir ini merancang bangun perangkat telemetri 433 MHz untuk transmisi data gambar. Data gambar yang ditransmisikan berupa data raw dari setiap pixel gambar. Penggunaan Raspberry Pi dimaksudkan untuk mempermudah pengambilan citra gambar dari lingkungan dengan kemampuan computer vision. Perangkat telemetri 433 MHz pada tugas akhir ini dirancang sebagai perangkat telemetri yang hemat biaya dan sesuai untuk melakukan transmisi data gambar.

Dari pengujian yang dilakukan pada perangkat telemetri yang telah dirancang, diperoleh bahwa transmisi gambar dengan resolusi 680x480 menghasilkan persentasi loss 1.65% pada jarak 50 m, 1.89% pada jarak 100 m dan 2.17% pada jarak 200 m. Hasil gambar yang direkonstruksi dari data yang diterima menunjukkan hasil yang hampir serupa dengan gambar aslinya dalam format grayscale. Hal ini menunjukkan perangkat telemetri yang telah dirancang dapat digunakan sebagai sistem telemetri yang baik, praktis dan ekonomis.

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi cobaan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis sampaikan kepada junjungan ummat Nabi Muhammad S.A.W.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda Suhaeri dan ibunda Jamaliah yang senantiasa mendukung dan mendo’akan dari sejak penulis lahir hingga sekarang, serta adik-adik yang senantiasa mendukung dan memberi semangat kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :

“RANCANG BANGUN PERANGKAT TELEMETRI RADIO 433 MHZ UNTUK TRANSMISI DATA GAMBAR”

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Suherman, Ph.D selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Ibu Ir. Windalina Syafiar selaku Penasehat Akademis penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam melayani perkuliahan selama ini.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Ayahanda Suhaeri dan Ibunda Jamaliah tercinta yang senantiasa selalu mendo’akan, memberikan semangat dan segalanya sehingga penulisan Tugas Akhir ini terselesaikan.

5. Adik-adik tersayang, Ikhsan Mardana dan Fatimah Maulina yang selalu mendukung dan memberi semangat. Terima kasih atas perhatian dan do’anya. 6. Bapak Ir. Arman Sani, M.T. dan Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT selaku

dosen penguji Tugas Akhir, atas masukan dan bantuannya dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.

7. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.

8. Seluruh anggota UKM Robotik SIKONEK yang selama ini mendukung dan

memberi semangat kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Terima kasih atas perhatian dan do’anya.

9. Teman – teman di Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2010 dan 2012 atas dukungan, do’a, suka dan duka selama di bangku perkuliahan.

10. Abang-abang senior stambuk 2007, 2008, dan 2009 yang selalu membantu, mendukung dan memberi masukan selama menjalani perkuliahan.

11. Keluarga Besar Laboratorium Sistem Komunikasi Radio FT USU.

12. Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali pembelajaran. 13. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.

Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.

Medan, 11 Februari 2015 Penulis

NIM. 100402019 Rhobby Maulana

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penulisan ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Manfaat Penulisan ... 4

1.6 Metode Penulisan ... 4

1.7 Sistematika Penulisan ... 5

II. SISTEM RADIO 433 MHZ DAN APLIKASI TELEMETRI 2.1 Dasar Radio Frekuensi ... 7

2.2 Propagasi Gelombang Radio ... 10

2.2.1. Propagasi Gelombang Tanah (Ground Wave Propagation) ... 10

2.2.2. Propagasi Gelombang Langit (Sky Wave Propagation) ... 16

2.3 Pemanfaatan Frekuensi 433 MHz... 19

2.4.1. Sistem Antena Mini ... 22

2.4.2. Konektor Mini ... 23

2.4.3. Komunikasi Serial ... 24

2.5 Sistem Telemetri ... 26

2.6 Single Board Computer ... 29

2.7 Computer Vision ... 32

2.8 Konsep Dasar Pengolahan Citra Digital ... 39

III. PERANCANGAN DAN PENGUJIAN SISTEM 3.1 Perancangan Sistem Telemetri dengan Radio 433 MHz ... 43

3.1.1 Kofigurasi Perangkat Telemetri ... 43

3.1.2 Raspberry Pi Model B Sebagai Controller Remote Unit ... 45

3.1.3 Modul RF 3DR Radio 433 MHz ... 46

3.14 Modul Kamera ... 48

3.1.5 Sumber Daya Perangkat Remote ... 49

3.2 Interkoneksi dan Pengaturan Perangkat ... 49

3.2.1 Pengaturan Raspberry Pi ... 51

3.2.2 Konfigurasi 3DR Radio ... 52

3.2.3 Koneksi Ke Jaringan ... 54

3.2.4 Perancangan Software Pendukung ... 57

3.3 Pengujian Perangkat ... 58

3.3.1 Pengujian Catu Daya ... 58

IV. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS DATA

4.1 Hasil Pengujian dan Analisis Konsumsi Daya ... 61

4.2 Hasil Pengujian dan Analisis Koneksi Langsung ... 62

4.3 Hasil Pengujian dan Analisis Koneksi GUI ... 63

4.4 Hasil Pengujian dan Analisis Koneksi Terhadap Jarak ... 64

4.5 Hasil Pengamatan Data Menggunakan GUI MATLAB ... 65

4.6 Hasil Pengujian dan Analisis Capture Data Terhadap Waktu ... 67

4.7 Hasil Pengujian dan Analisis Koneksi Capture Data Berdasarkan Ukuran Format Ekstensi File Berbeda ... 68

4.8 Hasil Pengujian dan Anlisis Koneksi Capture Data dengan Penyisipan Bit 1010 ... 70

4.9 Hasil Rekontruksi Data Raw Grayscale ... 71

4.10 Hasil Pengambilan Gambar Dengan Format Berbeda ... 73

V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 75

5.2 Saran... 76

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Ilustrasi Direct wave... 11

Gambar 2.2 Rambatan Sinyal pada Permukaan Bumi ... 12

Gambar 2.3 Ilustrasi “Trophosperic duct” ... 14

Gambar 2.4 Ilustrasi Defraksi Gelombang ... 15

Gambar 2.5 Ilustrasi Refraksi Gelombang ... 16

Gambar 2.6 Sudut Pancar Antena terhadap Bumi... 17

Gambar 2.7 Lapisan-lapisan Ionosfer ... 17

Gambar 2.8 Ilustrasi Pemantulan Gelombang pada Malam Hari ... 19

Gambar 2.9 Bentuk Geometri Antena Helix ... 22

Gambar 2.10 Bentuk Konektor SMA... 23

Gambar 2.11 Pemodelan Sistem Telemetri Radio Frekuensi ... 29

Gambar 2.12 Idle icon Python ... 33

Gambar 2.13 Python 2.75 Idle Window ... 34

Gambar 2.14 Hubungan kombinasi computer vision ... 35

Gambar 2.15 Pixel dan Koordinat pada sebuah gambar ... 41

Gambar 3.1 Diagram Koneksi Remote Raspberry Pi, Modul 3DR Radio 433 MHz dan Webcam ... 44

Gambar 3.2 Konfigurasi Komputer dengan Modul 3DR Radio 433 MHz ... 44

Gambar 3.3 Konfigurasi Raspberry Pi ... 45

Gambar 3.4 Konfigurasi serial 3DR Radio 433 MHz dengan Raspberry Pi ... 47

Gambar 3.5 Antena Modul RF 3DR Radio 433 MHz/915 MHz ... 47

Gambar 3.6 Receiver Modul RF 3DR Radio 433 MHz ... 48

Gambar 3.7 Kamera webcam Logitech series c110 ... 48

Gambar 3.8 Power Bank SPORTIVE 3000 mAh ... 49

Gambar 3.9 Interkoneksi Perangkat Telemetri ... 50

Gambar 3.11 Perangkat FTDI-to-USB. ... 54

Gambar 3.12 Diagram Alur Perancangan Hardware ... 57

Gambar 3.13 Pengujian Powering Perangkat Trasnsmitter ... 58

Gambar 3.14 Perangkat hardware dan software Pengujian Pengujian ... 59

Gambar 4.1 Grafik Pengujian Konsumsi Daya Baterai Power Bank ... 61

Gambar 4.2 Grafik Pengujian Koneksi Langsung … ... 63

Gambar 4.3 Grafik Pengujian Koneksi GUI MATLAB ... 64

Gambar 4.4 Grafik Pengujian Koneksi Terhadap Jarak LOS ... 65

Gambar 4.5 Grafik kesimpulan Pengamatan Data GUI MATLAB ... 66

Gambar 4.6 Grafik Pengujian Capture Data Terhadap Waktu ... 67

Gambar 4.7 Grafik pengujian Capture Data Format File ... 69

Gambar 4.8 GrafikPengujian Capture Data dengan penyisipan bit 1010... 70

Gambar 4.9 Gambar rekontruksi raw grayscale ... 72

Gambar 4.10 Grafik perbandingan ukuran file gambar dengan format berbeda73 Gambar 4.11 Hasil Pengambilan Gambar dengan Format Berbeda ... 74

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Elektromagnetik ... 9 Tabel 2.2 Daftar Jenis Permukaan dan Konduktivitas ... 13 Tabel 2.3 Frekuensi ISM dan aplikasinya ... 20

ABSTRAK

Dalam dunia telekomunikasi nirkabel, spektrum frekuensi adalah hal yang sangat penting karena dengan spektrum inilah data dapat ditransmisikan. Perkembangan teknologi jaringan nirkabel membuat banyak perusahaan atau organisasi yang menggunakan teknologi komunikasi radio menjadi lebih efisien karena hanya menggunakan media gelombang radio. Pemanfaatan frekuensi radio 433 MHz sangat bermanfaaat untuk penggunaan sistem telemetri berbasis citra digital. Penginderaan jauh merupakan salah satu aplikasi sistem telemetri tersebut yang paling populer pada saat ini.

Tugas akhir ini merancang bangun perangkat telemetri 433 MHz untuk transmisi data gambar. Data gambar yang ditransmisikan berupa data raw dari setiap pixel gambar. Penggunaan Raspberry Pi dimaksudkan untuk mempermudah pengambilan citra gambar dari lingkungan dengan kemampuan computer vision. Perangkat telemetri 433 MHz pada tugas akhir ini dirancang sebagai perangkat telemetri yang hemat biaya dan sesuai untuk melakukan transmisi data gambar.

Dari pengujian yang dilakukan pada perangkat telemetri yang telah dirancang, diperoleh bahwa transmisi gambar dengan resolusi 680x480 menghasilkan persentasi loss 1.65% pada jarak 50 m, 1.89% pada jarak 100 m dan 2.17% pada jarak 200 m. Hasil gambar yang direkonstruksi dari data yang diterima menunjukkan hasil yang hampir serupa dengan gambar aslinya dalam format grayscale. Hal ini menunjukkan perangkat telemetri yang telah dirancang dapat digunakan sebagai sistem telemetri yang baik, praktis dan ekonomis.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam dunia telekomunikasi nirkabel, spektrum frekuensi adalah hal yang sangat penting karena dengan spektrum inilah data dapat ditransmisikan. Perkembangan teknologi jaringan nirkabel membuat banyak perusahaan atau organisasi yang menggunakan teknologi komunikasi radio menjadi lebih efisien karena hanya menggunakan media gelombang radio. Pemanfaatan frekuensi radio 433 MHz sangat bermanfaaat untuk penggunaan sistem telemetri berbasis citra digital. Penginderaan jauh merupakan salah satu aplikasi sistem telemetri tersebut yang paling populer pada saat ini.

Dewasa ini inventarisasi sumber daya alam, pengamatan dan pemetaan permukaan bumi serta monitoring perubahan lingkungan berbasis data gambar sangat diperlukan mengingat Indonesia memiliki kontur ekstrim. Dibutuhkan teknologi efektif yang dapat mewujudkannya. Berdasarkan hal di atas pada tugas akhir ini akan dirancang bangun perangkat telemetri radio 433 MHz sehingga diperoleh perangkat telemetri yang baik untuk memonitoring dan menguji kualitas data gambar yang dikirim dengan jarak tertentu yang terintegrasi dengan laptop sebagai ground segment melalui modul radio 3DR 433 MHz yang nantinya akan mengirimkan data gambar melalui komunikasi nirkabel secara serial.

Dengan Tugas Akhir ini akan dirancang bangun perangkat telemetri yang dapat melakukan transmisi data gambar dengan baik yang akan diteruskan untuk pengujian kualitas data gambar yang dikirimkan dari hasil pengambilan gambar dari perangkat ini juga sehingga dapat membantu menguji kualitas link radio

433MHz dan dapat membantu memantau keadaan permukaan bumi khususnya melakukan inventarisasi hutan tropik yang berada di wilayah Sumatera Utara.

1.2 Rumusan Masalah

Untuk memfokuskan pembahasan tugas akhir ini, maka pembahasan masalah dirumuskan pada hal - hal sebagai berikut:

1. Bagaimana merancang perangkat telemetri radio 433 MHz yang dapat mengambil dan mengirimkan data gambar melalui perangkat telemetri tersebut.

2. Perangkat telemetri yang dirancang mampu mengirimkan data gambar asli yang ditangkap oleh kamera tanpa adanya proses kompresi.

3. Perangkat telemetri mampu mengambil citra gambar dengan banyak format berbeda.

4. Perangkat telemetri tidak memerlukan repeater tambahan untuk melakukan transmisi data gambar.

5. Perangkat telemetri mampu menyisipkan data informasi lain terhadap data gambar yang dikirimkan.

6. Perancangan perangkat telemetri lebih ekonomis dibandingkan perangkat telemetri lainnya.

7. Perangkat telemetri memiliki kapasitas penyimpanan gambar yang cukup besar.

8. Diharapkan nilai Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) mengindikasikan citra gambar hasil rekontruksi memiliki kualitas yang baik.

1.3 Tujuan Penulisan

Merancang bangun perangkat telemetri radio 433 MHz untuk transmisi data gambar serta menguji kinerjanya.

1.4 Batasan Masalah

Agar isi dan pembahasan Tugas Akhir ini menjadi terarah, maka penulis perlu membuat batasan masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Pembahasan tentang Raspberry Pi hanya sebatas yang berkaitan dengan perancangan ini.

2. Pembahasan mengenai komponen pendukung yang meliputi : webcam Logitech c110, modul radio 3DR 433 MHz, Power Bank SPORTIVE 3000mAh, antena helix, kabel micro USB, dan komponen lainnya hanya sebatas teori umum dan yang berkaitan dengan perancangan perangkat telemetri 433 MHz.

3. Pengujian dilakukan secara horizontal terhadap permukaan bumi.

4. Gambar yang diambil berada dilingkungan Universitas Sumatera Utara.

5. Pembahasan cara kerja perangkat telemetri hanya sebatas menurut kebutuhan yang meliputi analisis diagram blok dari perangkat keras maupun perangkat lunak.

6. Citra gambar yang diambil sebesar 640 x 480 pixel.

7. Data referensi diambil langsung dari Raspberry Pi melalui jaringan LAN digunakan sebagai pembanding dengan data gambar yang diterima pada ground segment.

1.5 Manfaat Penulisan

Manfaat penulisan Tugas Akhir ini adalah dapat merealisasikan teori yang didapat mengenai komunikasi data khususnya mengenai komunikasi data secara serial, mengenai teori antrian data dan propagasi gelombang radio untuk dapat merancang bangun suatu perangkat telemetri yang dapat mengambil gambar dan mengirimkan data gambar tersebut melalui gelombang radio dengan udara sebagai media perantaranya.

1.6 Metode Penulisan

Dalam penulisan Tugas Akhir ini digunakan beberapa metode untuk mendapatkan data-data yang diperlukan dalam menulis laporan Tugas Akhir ini. Metode-metode tersebut adalah :

1. Studi literatur

Dalam membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik Tugas Akhir yang terdiri dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis dari perpustakaan dan juga dari artikel -artikel, jurnal, layanan internet, dan lain-lain.

2. Perancangan sistem

Perancangan sistem terdiri dari dua bagian utama, yaitu perancangan sistem bagian perangkat keras dan perangkat lunak.

3. Pengujian Sistem

Perlu dilakukan untuk menguji seberapa layak sistem yang telah dibuat untuk mendapatkan data yang akan dianalisa.

Diperlukan untuk memastikan apakah sudah sesuai dengan ketentuan yang telah dipelajari selama studi literatur.

5. Kesimpulan dan saran

Digunakan untuk menyampaikan informasi yang diperoleh selama melakukan penelitian.

1.7 Sistematika Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini ditulis dan disusun dalam urutan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metodologi penulisan, serta sistematika penulisan.

BAB II SISTEM RADIO 433 MHZ DAN APLIKASI TELEMETRI

Membuat model sistem untuk penyelesaian proyek akhir ini yang sesuai dengan teori dasar yang diberikan meliputi : sistem radio 433 MHz dan sistem telemetri.

BAB III PERANCANGAN DAN PENGUJIAN SISTEM

Dalam bab ini akan dibahas mengenai perancangan sistem, spesifikasi perangkat dan komponen yang dibutuhkan,

tahapan instalasi berupa software dan hardware dan implementasi.

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS DATA

Bab ini membahas pengujian sistem yang dilakukan untuk menguji apakah perangkat yang mendukung sistem sesuai dan layak untuk digunakan guna mendapatkan perangkat telemetri radio yang layak.

BAB V PENUTUP

Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan-pembahasan sebelumnya.

BAB II

SISTEM RADIO 433 MHZ DAN APLIKASI TELEMETRI

2.1 Dasar Radio Frekuensi

Gelombang didefinisikan sebagai getaran atau gangguan yang merambat. Elektromagnetik adalah gejala listrik yang diakibatkan oleh gerak mekanik magnet. Magnet adalah benda yang dapat menghasilkan gaya tarik atau gaya tolak terhadap benda lain (yang mungkin juga bersifat magnet) [1]. Radio frekuensi merupakan gelombang elektromagnetik yang perambatannya diruang angkasa dan sebagai dasar untuk banyak sistem komunikasi yang berbeda. Dikarenakan karekteristik bervariasi mereka, gelombang radio dari frekuensi yang berbeda-beda digunakan tidak hanya untuk broadcasting tetapi juga pada perangkat tanpa kabel, transmisi telepon, televisi, radar, sistem navigasi, dan bentuk lain dari komunikasi yang mirip seperti sistem telemetri.

Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Bagian spektrum elektromagnetik banyak di kenali oleh manusia adalah cahaya, yang merupakan bagian spektrum elektromagnetik yang terlihat oleh mata. Cahaya berada pada kira-kira frekuensi 7.5 x 1014 Hz dan 3.8 x 1014 Hz, atau kira-kira panjang gelombang 400 nm (violet/biru) sampai 800 nm (merah). Faraday menyatakan bahwa perubahan medan magnetik menyebabkan muatan listrik mengalir dalam loop kawat atau sebanding dengan bangkitnya medan listrik. Maxwell mengusulkan proses kebalikan bahwa suatu perubahan

medan listrik akan membangkitkan medan magnetik. Inti dari teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah [2]:

1. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.

2. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang

elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (ε) dan permeabilitas (µ)

zat.

Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi.

Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan

(ν) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1.

�

=

_�� (2.1)

Dimana :

λ = panjang gelombang (m)

c = cepat rambat cahaya (m/s)

ƒ = frekuensi (Hz)

Kecepatan bergantung pada medium. Frekuensi adalah besaran yang lebih mendasar dan tidak bergantung pada medium. Medium rambat adalah hampa udara (free space) dengan kecepatan rambatan c = 3 x 108 m/s. Spektrum frekuensi radio adalah sumber daya alam yang dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi dan produktivitas serta dapat meningkatkan kualitas masyarakat suatu bangsa. Spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik dapat ditunjukkan pada Tabel 2.1 [2].

Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Elektromagnetik.

Nama Band Singkatan Band

ITU Frekuensi (f)

Panjang Gelombang (λ) Extremely Low

Frequency ELF 1 3-30 Hz

100.000 km - 10.000 km Super Low

Frequency SLF 2 30-300 Hz

10.000 km-1000 km Ultra Low

Frequency ULF 3 300 – 3000 Hz

1000 km – 100 km Very Low

Frequency VLF 4 3 – 30 KHz 100 km – 10 km Low Frequency LF 5 30 – 300 KHz 10 km – 1 km

Medium

Frequency MF 6 300 – 3000 KHz 1 km – 100 m High Frequency HF 7 3 – 30 MHz 100 m – 10 m

Very High

Frequency VHF 8 30 – 300 MHz 10 m – 1 m

Ultra High

Frequency UHF 9 300 – 3000 MHz 1 m – 100 mm Super High

Frequency SHF 10 3 – 30 GHz

100 mm – 10 mm Extremely High

Frequency EHF 11 30 – 300 GHz 10 mm – 1 mm

Pada umumnya sebuah sistem komunikasi radio memiliki dua komponen utama, yaitu sebuah transmitter, dan sebuah receiver. Perangkat transmitter membangkitkan sinyal listrik yang berosilasi pada sebuah frekuensi radio yang disebut sebagai frekuensi carrier. Amplitudo, frekuensi, atau phasa dari frekuensi carrier akan dimodulasi dengan informasi yang dikirimkan. Sinyal modulasi amplitudo (AM) dari frekuensi carrier menghasilkan penambahan dua sidebands dari modulasi tersebut. Modulasi frekuensi (FM) dan modulasi phasa (PM) menghasilkan pasangan sidebands untuk setiap modulasi. Ini menghasilkan variasi kompleks yang muncul sebagai pembicaraan atau suara lain di siaran

radio, perubahan cahaya dan kegelapan dalam siaran televisi, dan data telemetri dalam sistem telemetri.

2.2 Propagasi Gelombang Radio

Propagasi gelombang radio adalah perambatan gelombang radio melalui medium udara bebas dari sisi pengirim ke sisi penerima. Propagasi dibagi dua macam yaitu propagasi gelombang tanah (Groundwave) dan propagasi gelombang langit (Skywave).

2.2.1 Propagasi Gelombang Tanah (Ground Wave Propagation).

Propagasi Gelombang tanah adalah propagasi di mana sinyal/gelombang radio yang terpancar dari suatu antena merambat di atas permukaan bumi sampai dengan batas maksimum lapisan atmosfer terendah troposfer (sekitar 10 - 11 km) diatas permukaan bumi. Propagasi gelombang tanah beroperasi pada frekuensi sangat tinggi (VHF) dan ultra tinggi (UHF) serta sebagian komunikasi frekuensi tinggi (HF) [1].

Propagasi Groundwave digunakan untuk komunikasi jarak pendek sampai sedang. Rugi-rugi propagasi (propagation loss) sangat besar terutama pada band VHF dan UHF. Demikian pula faktor serapan bumi (ground absorption) untuk VHF dan UHF sangat besar, terutama untuk jenis permukaan tanah tertentu, sehingga pada band frekuensi tersebut tidak efisien untuk komunikasi jarak jauh secara point to point. Propagasi Gelombang tanah terdiri dari 4 komponen gelombang [3]:

1. Direct wave (gelombang langsung). Adalah komponen groundwave dimana sinyal dari antena pemancar merambat lurus dan langsung diterima oleh antena penerima. Gambar 2.1 memperlihatkan ilustrasi gelombang langsung.

Tx Rx

Arah Propagasi

Gambar 2.1 Ilustrasi Direct wave

Komponen ini merupakan komponen yang paling dominan pada sistem komunikasi VHF dan UHF, apalagi bila digunakan antena terarah (directional). Sehingga komponen ini jangan sampai mengalami hambatan/ halangan medan selama proses rambatannya, itulah sebabnya antena dipasang dengan ketinggian tertentu di atas menara atau pada ketinggian medan tertentu, untuk mendapatkan hubungan Line of Sight.

A. Sifat Gelombang Langsung.

1. Sinyal merambat lurus, tidak boleh terhalang obstacle (bukit, gunung, bangunan dan sebagainya).

2. Rugi-rugi propagasi berbading lurus dengan jarak komunikasi dan frekuensi sinyal, sehingga pemilihan frekuensi yang paling rendah sangat dianjurkan.

1. Resapan bumi.Upaya mengurangi besarnya faktor resapan bumi tersebut antara lain dengan meninggikan antena.

2. Ketinggian antena. Menentukan radius/jangkauan pancaran Sinyal. Semakin tinggi antena semakin jauh jangkauan yang mungkin dapat dicapai.

C. Penggunaan. Karena komponen gelombang langsung adalah komponen terbesar (dominan), maka gelombang langsung merupakan acuan yang mendasari instalasi peralatan komunikasi radio. Untuk memperoleh komponen gelombang langsung yang lebih besar biasanya digunakan antena- antena terarah, seperti : parabola, long periodik, yagi, helix.

2. Surface Wave (gelombang permukaan). Adalah komponen groundwave dimana sinyal merambat diatas permukaan bumi. Sinyal merambat dan mencapai jangkauan tertentu, tergantung konduktifitas permukaan tanah yang dilewati. Gambar 2.2 memperlihatkan ilustrasi gelombang permukaan.

B U M I

Arah Propagasi

Tx

Gambar 2.2 Rambatan Sinyal pada Permukaan Bumi

Komunikasi radio pada band frekuensi HF atau yang lebih rendah, yang digunakan untuk komunikasi jarak dekat, menggunakan rambatan jenis surface wave ini untuk perambatan gelombangnya.

A. Sifat Gelombang Permukaan. Komunikasi radio pada band frekwensi HF atau yang lebih rendah, yang digunakan untuk komunikasi jarak dekat, menggunakan rambatan jenis surface wave ini untuk perambatan gelombangnya.

B. Faktor yang mempengaruhi. Konduktifitas relatif setiap jenis tanah akan menentukan jarak capai jangkauan sinyal. Permukaan tanah dengan konduktifitas baik, akan menghantarkan gelombang lebih jauh sehingga memungkinkan sinyal dari sebuah pesawat dapat mencapai jangkauan lebih jauh dari kemampuan/karakteristik pesawat itu sendiri. Contoh beberapa konduktifitas dari berbagai macam permukaan tanah terlihat seperti pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Daftar Jenis Permukaan dan Konduktivitas

No Jenis Permukaan Konduktifitas Relatif

1 Air Laut Baik

2 Tanah basah, rawa Cukup

3 Tanah kering, pasir Buruk

4 Tanah kapur, hutan lebat, terutama hutan karet Buruk sekali

C. Frekuensi kerja akan menentukan besarnya serapan bumi. Sehingga Surface wave ini tidak efektif untuk komunikasi VHF dan UHF, karena Ground absorption akan sangat besar. Oleh sebab itulah penggunaan VHF dan UHF dengan antena-antena pendek lebih efisien untuk komunikasi jarak dekat.

3. Reflected Wave (gelombang pantul). Adalah komponen groundwave dimana gelombang memantul terlebih dahulu kesuatu obyek sebelum diterima antena penerima. Pemantulan dapat terjadi secara horizontal maupun vertikal terhadap bidang datar (ground). Gelombang pantulan dapat menyebabkan masalah komunikasi (interferensi). Karena lintasan gelombang pantul akan lebih jauh dari gelombang langsung (direct wave) maka gelombang pantul akan sampai ke antena penerima setelah gelombang langsung. Bila kedua gelombang “sefase”, resultannya saling memperkuat, tetapi bila berbeda phasa bahkan sampai 180°, akan menimbulkan “Cancelling effect”, yaitu tidak adanya sinyal pada antena penerima, meskipun antena pemancar jelas terlihat (Line of Sight). Untuk mengatasi interferensi ini cobalah dengan menggeser kedudukan antena atau mengatur ketinggiannya.

4. Tropospheric Wave (Gelombang Tropospherik). Adalah komponen Ground wave sinyal dari suatu antena pemancar terperangkap pada medium di troposfer, yang di kenal dengan istilah “Tropospheric duct” Perangkap ini menyebabkan sinyal dapat merambat jauh, beberapa kali jangkauan normalnya. Gambar 2.3 mmperlihatkan ilustrasi dari “Trophosperic duct”.

B U M I

Troposferic Duct

Tx _Rx

Tropospher

Fenomena ini bersifat eksidensial, tidak bisa kita duga/prediksi bilamana terjadinya, apalagi untuk dimanfaatkan.

Disamping ke 4 komponen ground wave diatas, masih ada fenomena perambatan ground wave yang lain, yaitu refraksi dan defraksi [1].

1. Defraksi, merupakan proses pembelokan dan penyebaran sinyal, apabila seberkas sinyal mengenai ketinggian sehingga memungkinkan komunikasi pada daerah lembah, dibalik ketinggian tersebut. Gambar 2.4 memperlihatkan proses defraksi gelombang.

Obstacle Arah gelombang

Gambar 2.4 Ilustrasi Defraksi Gelombang

Gejala ini memungkinkan penerima menangkap sinyal dari pemancar meski tidak Line of Sight (terhalang ketinggian), dan makin rendah frekuensi makin mudah didefraksikan dibanding frekuensi yang lebih tinggi.

2. Refraksi, merupakan proses pembelokan sinyal, akibat sinyal tersebut melewati beberapa medium dengan kerapatan berbeda pada lapisan bawah atmosfer. Gejala ini menungkinkan jarak Line of Sight komunikasi lebih besar dari jarak Visual Line of Sight-nya. Gambar 2.5 memperlihatkan ilustrasi proses refraksi gelombang. .

Tx Rx

Arah gelombang

2.2.2 Propagasi Gelombang Langit (Sky Wave Propagation).

Propagasi gelombang langit adalah perambatan gelombang radio yang diarahkan ke angkasa dan dengan bantuan lapisan ionosfer, dipantulkan kembali ke bumi.

1. Sifat propagasi gelombang langit. Jenis rambatan ini mempunyai sifat lintasan gelombang yang cukup jauh, maka kualitas sinyal yang mempunyai jenis rambatan ini menjadi banyak berkurang.

2. Faktor yang mempengaruhi. Sejumlah faktor akan mempengaruhi lintasan/jarak capai komunikasi, antara lain Penggunaan Frekuensi Kerja, Instalasi Antena, Kondisi dan variasi Ionosfer.

A. Penggunaan Frekuensi Kerja.

Pemilihan frekuensi kerja merupakan faktor penting dalam menentukan lintasan/jangkauan komunikasi. Pemilihan frekuensi yang terlalu tinggi, bisa jadi tidak dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer yang diharapkan. Sebaliknya terlalu rendah kemungkinan tidak sampai. Oleh sebab itu di perlukan pemilihan frekuensi yang tepat untuk waktu-waktu tertentu dalam penyelenggaraan komunikasi.

B. Instalasi Antena.

Instalasi antena, misalnya antena dipole, ketinggiannya dari atas tanah akan menentukan “Take off angle” pancaran sinyalnya. Besarnya sudut pancar (take off angle) akan menentukan jarak capai komunikasi. Gambar 2.6 memperlihatkan sudut pancar antena terhadap bumi. θ2< θ1 ⇒ antena

2 dipasang lebih tinggi dari antena 1 dengan asumsi frekuensi yang digunakan sama.

θ2 θ1

BUMI

Tx

Ionosfer

Gambar 2.6 Sudut Pancar Antena terhadap Bumi C. Kondisi dan Variasi Ionosfer.

Ionosfer adalah lapisan atmosfer yang berperan memantulkan kembali gelombang radio ke bumi. Ionosfer sendiri terdiri dari beberapa layer yang memiliki kerapatan ion berbeda dan muncul pada saat tertentu. Pada siang hari akibat pemanasan sinar matahari, terjadi ionisasi partikel ionosfer, sehingga terjadi 4 lapisan berturut-turut : lapisan D, E, F1 dan F2. Gambar 2.7 memperlihatkan 4 lapisan ionosfer.

F

2

Ionosfer

D E F1 F2

Arah gelombang

Gambar 2.7 Lapisan-lapisan Ionosfer

Karakteristik setiap lapisan adalah sebagai berikut : 1) Lapisan D.

a. Tinggi 48 - 88,5 km di atas permukaan bumi.

b. Meredam sinyal HF, sehingga tidak mendukung untuk komunikasi HF.

c. Digunakan untuk komunikasi LF dan VLF. d. Hilang di malam hari.

2) Lapisan E.

a. Tinggi 88,5 - 145 km.

b. Digunakan untuk komunikasi HF jarak pendek/sedang, terutama lapisan paling bawahnya.

c. Muncul/ada di siang hari. d. Terkadang muncul sporadic E 3) Lapisan F1.

a. Ketinggian 145 - 242 km. b. Hanya ada di siang hari.

c. Sinyal yang tembus pada lapisan E, tembus juga di F1. d. Meredam sinyal.

4) Lapisan F2.

a. Ketinggian 242 - 402 km.

b. Tingkat ionisasi tertinggi dan maksimum saat siang hari. c. Merupakan lapisan terpenting untuk propagasi sinyal HF.

Pada malam hari terjadi proses rekombinasi, sehingga hanya menyisakan lapisan F pada ketinggian 225-354 km (penggabungan F1 dan F2). Karena lapisan F paling tinggi, maka untuk frekuensi sinyal HF yang sama akan memiliki lintasan lebih jauh dibanding siang hari. Sehingga untuk frekuensi yang sama, lintasan skywave malam hari lebih jauh dibanding siang hari. Karena penggeseran lintasan ini dapat menyebabkan masalah komunikasi, maka frekuensi kerja untuk malam hari harus diatur kembali (diturunkan) dari harga frekuensi siang hari.

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].

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 Pemancar/Penerima Modular

Sistem pemancar/penerima 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 S/πD, 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]:

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 kompleks/sulit 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 Receiver/Transmitter).

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 s/d -25 volt dan untuk logika ‘0’ sebagai tegangan +3 s/d +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), RXD(saluran 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 3/16 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 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 (S/N) 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].

2.6 Single Board Computer

Sesuai namanya, single board microcomputer adalah komputer dalam sebuah board. Artinya apapun yang bisa dilakukan oleh komputer bisa dilakukan oleh SBC. SBC saat ini memiliki memori yang besar (128 MB-2 GB, bahkan sebagian sudah lebih), memiliki external storage (SD Card/USB disk), dan memiliki prosessor dalam dengan kecepatan ratusan megahertz sampai gigahertz, sebagian bahkan sudah quad core. Sebuah SBC biasanya memiliki sebuah sistem operasi (biasanya Linux, FreeBSD, atau OS open source lain), dan kita bisa menjalankan program dalam bahasa apapun di situ (misalnya: C, Python, bahkan Lisp atau prolog) [12]. Meskipun biasanya punya sistem operasi, kita bisa saja memprogramnya tanpa sistem operasi. Kemampuan komputasi sebuah SBC biasanya sangat besar, bisa memproses audio, foto dan bahkan video (misalnya mengenali wajah dalam video). Ini adalah contoh hal-hal yang tidak bisa dilakukan oleh microcontroller (walaupun dalam batas tertentu microcontroller bisa memproses data yang cukup rumit). Jika SBC ini kemampuannya sama dengan PC menjadi sebuah pertanyaan kenapa tidak memakai PC saja yang sudah jelas kemampuannya. SBC ini memiliki penggunaan daya yang sangat rendah (<5 watt) dibanding dengan PC (desktop biasanya > 70 watt, sedangkan HTPC > 30 watt), dengan pengunaan daya yang sangat kecil, maka kita bisa memakai baterai sebagai sumber power nya. Ukuran SBC juga sangat kecil dan ringan (misalnya bisa diterbangkan dengan balon udara).

Perbedaan lain SBC dengan PC biasa adalah : ada pin-pin GPIO (General Purpose Input Output) yang bisa dihubungkan dengan device “apapun” (ada batasan kecepatan, jadi sebenarnya tidak 100% apapun). PC lama memiliki port serial, parallel, game port, dan sebagainya yang bisa dihubungkan dengan banyak

hardware eksternal, tapi PC baru biasanya hanya memiliki konektor tampilan, ethernet, dan USB. Dalam banyak kasus USB ini terlalu rumit dan

memilikidevice eksternal

[12]. Ketika menggunakan sistem operasi biasa (non-realtime) di SBC, perilaku sistem terkadang tidak bisa diprediksi dalam masalah timing, misalnya: sistemnya terlalu lama dalam menyalakan LED sejak tombolnya ditekan dan ternyata sistemnya sedang sibuk karena ada proses lain yang dikerjakan. Ketika mulai mengalami masalah seperti ini, saatnya untuk mulai menggunakan menggunakan prosessor ARM, tapi ada juga yang memakai Intel, dan sedikit sekali yang memakai MIPS. Sebuah SBC memiliki banyak komponen, dan diproduksi secara khusus. Oleh karena itu diperlukan hardware dan keahlian untuk membuat sebuah SBC. Chip yang digunakan umumnya menggunakan packaging BGA (Ball Grid Array) yang tidak bisa disolder dengan solder biasa. Dalam banyak kasus, kita tidak perlu tahu mengenai proses produksi ini, tapi ketika kita sudah menyelesaikan sebuah prototipe dan ingin merilis produk, komponen-komponen ekstra yang tidak dipakai akan menambah biaya dan penggunaan daya. Ini sebabnya mengapa beberapa SBC memiliki beberapa versi, misalnya Raspberry Pi memiliki dua versi : dengan dan tanpa ethernet card (yang harganya berbeda 10 USD). Raspberry Pi yang memiliki 2 port USB untuk keyboard dan mouse dan juga memiliki port HDMI untuk dapat dikoneksikan dengan monitor. Monitor saat ini masih banyak menggunakan port VGA lain halnya dengan Raspberry Pi. Raspberry Pi menggunakan port HDMI yang telah dikonversikan ke DVI untuk digunakan sebagai output dalam bentuk visual Raspberry Pi juga dapat dikombinasikan dengan alat lainnya seperti

mikrokontroller. Dengan sebuah Raspberry Pi seseorang dapat membuat proses computing yang hampir tidak terpikirkan menjadi mungkin terwujud. Salah satunya adalah penelitian Pi In The Sky yang dapat mangambil gambar permukaan bumi dari luar angkasa.

Mempelajari single board computer berarti kita sedang mempelajari embedded system dengan metode belajar yang lebih mudah. Belajar embedded system merupakan cara yang baik untuk lebih mengenal arsitektur komputer. Pada PC/Tablet/Smartphone, ada begitu banyak “layer” yang mempersulit pemahaman kita tentang hardware, tapi dengan mempelajari embedded system kita bisa langsung berinteraksi dengan hardware, bahkan tanpa menggunakan sistem operasi sama sekali. Sebenarnya tidak hanya single board computer yang digunakan sebagai jalur untuk belajar embedded system, ada satu lagi jalur alternatif untuk belajar embedded system dengan mudah dan praktis tanpa menggunakan sistem operasi sama sekali yaitu single board microcontroller dan beberapa versi yang sering kita temui dipasaran, seperti : Arduino, Parallax Propeller, LaunchPad MSP430, dan sebagainya. Sedangkan versi lain dari single board computer yang ada dipasaran selain Raspberry Pi seperti yang dijelaskan sebelumnya, yaitu : BeagleBoard, BeagleBone Black, Cubie Board, RadXa dan lain sebagainya [12].

2.7 Computer Vision

Python dikembangkan oleh Guido van Rossum pada tahun 1990 di CWI Amsterdam sebagai kelanjutan dari bahasa pemrograman ABC. Versi terakhir yang dikeluarkan CWI adalah 1.2. Tahun 1995, Guido pindah ke CNRI sambil

terus melanjutkan pengembangan Python. Versi terakhir yang dikeluarkan adalah 1.6. Tahun 2000, Guido dan para pengembang inti Python pindah ke BeOpen.com yang merupakan sebuah perusahaan komersial dan membentuk BeOpen PythonLabs. Python 2.0 dikeluarkan oleh BeOpen. Setelah mengeluarkan Python 2.0, Guido dan beberapa anggota tim PythonLabs pindah ke DigitalCreations. Nama Python itu sendiri dipilih oleh Guido karena kecintaan guido pada suatu acara televisi Monty Python’s Flying Circus [13]. Oleh karena itu seringkali ungkapan-ungkapan khas dari acara tersebut seringkali muncul dalam korespondensi antar pengguna Python. Gambar 2.12 menunjukkan idle icon dari python dan Gambar 2.13 menunjukkan idle window Python 2.75 [13].

Gambar 2.12 Idle icon Python.

Python merupakan sebuah bahasa pemrograman berupa scripting. Didunia bahasa pemrograman scripting, Python relatif datang dari sisi scene yang membuat banyak orang yakin dan percaya. Dikembangkan pada akhir tahun 1980, kemungkian 15 tahun setelah konsep dari Unix yang dipelopori oleh Guido Van Rossum [13]. Python adalah bahasa pemrograman dinamis yang mendukung pemrograman berorientasi obyek. Python dapat digunakan untuk berbagai keperluan pengembangan perangkat lunak dan dapat berjalan di berbagai platform

sistem operasi. Seperti halnya bahasa pemrograman dinamis, python seringkali digunakan sebagai bahasa skrip dengan interpreter yang teintergrasi dalam sistem operasi. Saat ini kode python dapat dijalankan pada sistem berbasis:

1. Linux / Unix 2. Windows 3. Mac OS X

4. Java Virtual Machine 5. Symbian

Gambar 2.13 Python 2.75 Idle Window

Computer Vision adalah ilmu dan teknologi mesin yang melihat, di mana mesin mampu mengekstrak informasi dari gambar yang diperlukan untuk menyelesaikan tugas tertentu. Sebagai suatu disiplin ilmu, visi komputer berkaitan dengan teori di balik sistem buatan bahwa ekstrak informasi dari gambar. Data

gambar dapat mengambil banyak bentuk, seperti urutan video, pandangan dari beberapa kamera, atau data multi-dimensi dari scanner medis. Sedangkan sebagai disiplin teknologi, computer vision berusaha untuk menerapkan teori dan model untuk pembangunan sistem computer vision. Computer Vision didefinisikan sebagai salah satu cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari bagaimana komputer dapat mengenali obyek yang diamati. Cabang ilmu ini bersama Artificial Intelligence akan mampu menghasilkan Visual Intelligence System. Perbedaannya adalah Computer Vision lebih mempelajari bagaimana komputer dapat mengenali obyek yang diamati. Namun komputer grafik lebih ke arah pemanipulasian gambar (visual) secara digital. Bentuk sederhana dari grafik komputer adalah grafik komputer 2D yang kemudian berkembang menjadi grafik komputer 3D, pemrosesan citra, dan pengenalan pola. Grafik komputer sering dikenal dengan istilah visualisasi data [14].

Computer Vision memiliki hubungan kombinasi yang ditunjukkan pada Gambar 2.14 dan diantara kombinasi tersebut adalah [14]:

1. Pengolahan Citra (Image Processing), bidang yang berhubungan dengan proses transformasi citra/gambar (image). Proses ini bertujuan untuk mendapatkan kualitas citra yang lebih baik.

2. Pengenalan Pola (Pattern Recognition), bidang ini berhubungan dengan proses identifikasi obyek pada citra atau interpretasi citra. Proses ini bertujuan untuk mengekstrak informasi/pesan yang disampaikan oleh gambar/citra.

Untuk menunjang tugas Computer Vision, terdapat beberapa fungsi pendukung ke dalam sistem ini [14], yaitu :

1. Proses penangkapan citra (Image Acquisition)

a. Image Acqusition pada manusia dimulai dengan mata, kemudian informasi visual diterjemahkan ke dalam suatu format yang kemudian dapat dimanipulasi oleh otak.

b. Senada dengan proses di atas, computer vision membutuhkan sebuah mata untuk menangkap sebuah sinyal visual.

c. Umumnya mata pada computer vision adalah sebuah kamera video. d. Kamera menerjemahkan sebuah scene atau image.

e. Keluaran dari kamera adalah berupa sinyal analog, dimana frekuensi dan amplitudonya (frekuensi berhubungan dengan jumlah sinyal dalam satu detik, sedangkan amplitudo berkaitan dengan tingginya sinyal listrik yang dihasilkan) merepresentasikan detail ketajaman (brightness) pada scene.

f. Kamera mengamati sebuah kejadian pada satu jalur dalam satu waktu, memindainya dan membaginya menjadi ratusan garis horizontal yang sama.

g. Tiap_‐tiap garis membuat sebuah sinyal analog yang amplitudonya menjelaskan perubahan brightness sepanjang garis sinyal tersebut.

h. Kemudian sinyal listrik ini diubah menjadi bilangan biner yang akan digunakan oleh komputer untuk pemrosesan.

i. Karena komputer tidak bekerja dengan sinyal analog, maka sebuah analog‐to‐digital converter (ADC), dibutuhkan untuk memproses semua sinyal tersebut oleh komputer.

j. ADC ini akan mengubah sinyal analog yang direpresentasikan dalam bentuk informasi sinyal tunggal ke dalam sebuah aliran (stream) sejumlah bilangan biner.

k. Bilangan biner ini kemudian disimpan di dalam memori dan akan menjadi data raw yang akan diproses.

2. Proses pengolahan citra (Image Processing)

a. Tahapan berikutnya computer vision akan melibatkan sejumlah manipulasi utama (initial manipulation) dari data binari tersebut.

b. Image processing membantu peningkatan dan perbaikan kualitas image, sehingga dapat dianalisa dan di olah lebih jauh secara lebih efisien.

c. Image processing akan meningkatkan perbandingan sinyal terhadap noise (signal_‐to_‐noise ratio = s/n).

d. Sinyal_‐sinyal tersebut adalah informasi yang akan merepresentasikan objek yang ada dalam image.

e. Sedangkan noise adalah segala bentuk interferensi, kekurangan pengaburan, yang terjadi pada sebuah objek.

3. Analisa data citra (Image Analysis)

a. Image analysis akan mengeksplorasi scene ke dalam bentuk karateristik utama dari objek melalui suatu proses investigasi.

b. Sebuah program komputer akan mulai melihat melalui bilangan biner yang merepresentasikan informasi visual untuk mengidentifikasi fitur‐fitur spesifik dan karekteristiknya.

c. Lebih khusus lagi program image analysis digunakan untuk mencari tepi dan batas‐batasan objek dalam image.

d. Sebuah tepian (edge) terbentuk antara objek dan latar belakangnya atau antara dua objek yang spesifik.

e. Tepi ini akan terdeteksi sebagai akibat dari perbedaan level brightness pada sisi yang berbeda dengan salah satu batasnya.

4. Proses pemahaman data citra (Image Understanding)

a. Ini adalah langkah terakhir dalam proses computer vision, yang mana sprsifik objek dan hubungannya diidentifikasi.

b. Pada bagian ini akan melibatkan kajian tentang teknik-teknik artificial intelligent.

c. Understanding berkaitan dengan template matching yang ada dalam sebuah scene.

d. Metoda ini menggunakan program pencarian (search program) dan teknik penyesuaian pola (pattern matching techniques).

SimpleCV merupakan sebuah framework berbasis open source yang digunakan untuk membangun aplikasi berbentuk computer vision [15]. Dengan menggunkannya memungkinkan kita untuk mengakses beberapa fungsi tertentu yang terdapat pada library computer vision seperti halnya yang terdapat pada OpenCV yang dijalankan pada bahasa pemrograman Python. Tanpa perlu belajar terlebih dahulu mengenai bit depths, file formats, color spaces, buffer management, eigenvalues, atau matrix versus bitmap storage kita sudah bisa dan mudah untuk membuat aplikasi tersebut. Hal ini yang membuatnya menjadi lebih popular dibandingkan framework computer vision lainnya. SimpleCV adalah kumpulan dari banyak library dan software yang dapat digunakan untuk membangun aplikasi vision. SimpleCV juga memperbolehkan kita bekerja secara streaming gambar atau video yang diperoleh dari kamera webcam, Kinects, FireWire, dan IP kamera atau mobile phones. Hal inilah yang membantu kita membangun software untuk membuat variasi teknologi yang berbeda yang tidak hanya dilihat oleh dunia tetapi juga dapat dimengerti dan dipahami. SimpleCV yang ditulis pada bahasa pemrograman Python dan gratis untuk digunakan menjadi kelebihan yang luar biasa dan dapat dijalankan pada Mac, Windows, dan Ubuntu Linux, dan lisensinya berada dibawah naungan BSD license.

2.8 Konsep Dasar Pengolahan Citra Digital

Citra digital adalah sebuah fungsi 2D, f(x,y), yang merupakan fungsi intensitas cahaya, dimana nilai x dan y merupakan koordinat spasial dan nilai fungsi di setiap titik (x,y) merupakan tingkat keabuan citra pada titik tersebut. Citra digital dinyatakan dengan sebuah matriks dimana baris dan kolomnya

menyatakan suatu titik pada citra tersebut dan elemen matriksnya (yang disebut sebagai elemen gambar atau pixel) menyatakan tingkat keabuan pada titik tersebut. Matriks dari citra digital berukuran NxM (tinggi x lebar) [16], dimana: N = jumlah baris 0 < y ≤ N – 1

M = jumlah kolom 0 ≤ x ≤ M – 1 L = derajat keabuan 0 ≤ f(x,y) ≤ L – 1

Pixel adalah dasar membangun blok-blok untuk sebuah gambar digital. Sebuah pixel dapat dikatakan warna atau nilai-nilai kecerahan menempati wilayah spesifik pada sebuah gambar. Kamu dapat berpikiran tentang sebuah gambar sebgai sebuah big grid, dengan tiap kotak pada tiap grid yang mengandung satu warna atau pixel. Grid ini terkadang disebut sebagai sebuah bitmap. Sebuah gambar dengan resolusi 1024 x 768 merupakan sebuah grid dengan 1024 kolom dan 768 baris, yang mengandung 1024*768 = 786,432 pixel. Ketahuilah bagaimana banyak pixel yang berada pada sebuah gambar tidak dapat menjelasakan kepada kita gambaran dimensi fisk dari gambar tersebut, meskipun begitu sebuah pixel bukan patokan unit dari ukurannya. Hal tersebut mengatakan, 1 pixel tidak sama dengan 1 milimeter, 1 micrometer, atau 1 nanometer. Meskipun, betapa besar sebuah pixel akan bergantung pada pixel per inchi (ppi) yang menmpengaruhi ukuran file dari gambar tersebut. Gambar 2.15 menunjukkan pixel dan koordinat pada sebuah gambar. Dimana indeks baris (x) dan indeks kolom (y) menyatakan suatu koordinat titik pada gambar tersebut, sedangkan f(x,y) merupakan intensitas (derajat keabuan) pada titik (x,y) [15].

Gambar 2.15 Pixel dan Koordinat pada sebuah gambar.

Tiap pixel dipresentasikan oleh sebuah angka atau sebuah jumlah angka dan cakupan rentang dari tiap angka-angka ini disebut color depth atau bit depth. Dengan kata lain, color depth tersebut diindikasikan sebagai nilai maximum dari potensial warna yang akan digunakan pada sebuah gambar. Senilai 8-bit color depth mengunakan nilai angka antara 0-233 (atau 8-bit adalah 1 byte) untuk tiap warna kanal pada sebuah pixel. Ini berarti 1024 x 78 gambar dengan sebuah kanal tunggal (hitam dan putih) 8-bit color depth akan menciptakan sebuah gambar dengan ukuran 768 kB. Banyak gambar dewasa ini menggunakan 24-bit color maupu lebih tinggi lagi, hal ini diikutkan dengan 3 nilai 0-255 setiap kanalnya. Hal ini akan meningkatkan ukuran dari data pada warna tersebut yang mana tiap pixel mengartikan 1024 x 768 gambar yang akan berukuran 2.25 MB. Sebagai hasil dari substantial memory yang diperlukan, banyak gambar file format tidak menyimpan pixel-by-pixel informasi warnanya. File gambar seperti GIF, PNG, dan JPEG menggunakan perbedaan forms of compression guna menefisienkan gambar yang dipresentasikan.

Banyak pixel datang dari 2 jenis, yaitu : grayscale dan berwarna. Pada sebuah gambar grayscale, tiap pixel hanya memiliki sebuah nilai tunggal yang

direpresentasikan dengan nilai kecerahan, dengan 0 sebagai hitam dan 255 sebgai putih. Banyak pixel berwarna mamiliki 3 nilai yang dipresentasikan menjadi merah, hijau, dan biru (RGB). Banyak jenis file gambar dengan format lain tetapi merepresentasikan hal yang sama, tetapi RGB merupakan format yang lebih popular. Ketiga warna tersebut merepresentasikan oleh 1 byte, atau senilai 0 sampai 255, yang mengindikasikan ukuran dari setiap warna yang terkandung. Hal inilah yang umumnya mengkombinasikan kedalam sebuah RGB triplet pada sebuah format (merah, hijau, biru). Sebagai contoh (125, 0, 125) mengartikan bahwa pixel tesebut memiliki beberapa warna merah, tanpa hijaum dan beberapa biru, yang merepresentasikan sebuah warna shade of purple. Beberapa contoh dasar dari warna tersebut adalah [15]:

1. Red : (255, 0, 0) 2. Green : (0, 255, 0) 3. Blue : (0, 0, 255) 4. Yellow : (255,255,0) 5. Brown : (165, 42, 42) 6. Orange : (255, 165, 0) 7. Black : (0, 0, 0)

BAB III

PERANCANGAN DAN PENGUJIAN SISTEM

3.1 Perancangan Sistem Telemetri dengan Radio 433 MHz

Tugas Akhir ini merancang perangkat telemetri yang dapat mengambil citra gambar dari lingkungan dan mengirimkannya pada jarak tertentu menggunakan radio 433 MHz ke ground station. Data gambar dipilih dengan asumsi pengambilan data secara periodik, tidak kontinu dan dikirimkan menggunakan komunikasi serial.

3.1.1 Konfigurasi Perangkat Telemetri

Sistem telemetri data gambar pada penelitan ini menggunakan modul RF 433 MHz, Raspberry Pi sebagai komponen utama, dan webcam Logitech c110 sebagai perangkat input data gambar. Dalam sistem telemetri radio 433 MHz diperlukan konfigurasi yang sesuai dengan perangkat keras maupun lunak yang terdapat pada sistem tersebut. Dengan demikian, pengguna dapat dengan mudah melakukan pengujian terhadap sistem tersebut.

Konfigurasi yang akan dilakukan pada penelitian ini mencakup konfigurasi yang dilakukan pada setiap perangkat yang digunakan baik pada perangkat keras dan perangkat lunak. Pada Raspberry Pi yang merupakan komponen utama pada sistem telemetri terdapat beberapa tahapan konfigurasi. Konfigurasi pada GPIO sebagai komunikasi serial adalah yang paling utama pada

penelitian ini. Konfigurasi ini termasuk konfigurasi pada sisi pengirim perangkat telemetri yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram Koneksi Remote Raspberry Pi, Modul 3DR Radio 433MHz dan Webcam

Pada sisi gorund station konfigurasi antara komputer dengan USB serial yang digunakan pada modul 3DR radio 433 MHz, konfigurasi lainnya mencakup konfigurasi terhadap software yang digunakan untuk melakukan pengujian dan menganalisa data gambar. Konfigurasi tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.2

Gambar 3.2 Konfigurasi Komputer dengan Modul 3DR Radio 433 MHz

3.1.2 Raspberry Pi Model B sebagai Controller Remote Unit

Raspberry Pi adalah single-board komputer berukuran sebesar kartu kredit yang dikembangkan di Inggris oleh Raspberry Pi Foundation dengan tujuan mempromosikan pengajaran ilmu komputer di sekolah-sekolah dasar. Raspberry Pi memiliki sistem BCM2835 Broadcom pada sebuah chip (SoC), yang terdiri dari ARM1176JZF-S 700 MHz processor, Video Core IV GPU, dan dilengkapi dengan RAM 512 MB. Adapun konfigurasi Raspberry Pi ditunjukkan pada Gambar 3.3 [].

Gambar 3.3 Konfigurasi Raspberry Pi.

Perangkat ini tidak dilengkapi dengan hard disk atau solid-state drive, tetapi menggunakan kartu SD untuk media booting dan penyimpanan data. Gambar 3.3 menunjukkan konfigurasi dari Raspberry Pi. Raspberry Pi memiliki 2 port USB untuk keyboard dan mouse dan juga memiliki port HDMI untuk dapat dikoneksikan dengan monitor. Monitor saat ini masih banyak menggunakan port VGA lain halnya dengan Raspberry Pi. Raspberry Pi menggunakan port HDMI yang telah dikonversikan ke DVI untuk digunakan sebagai output dalam bentuk visual Raspberry Pi juga dapat dikombinasikan dengan alat lainnya seperti mikrokontroller. Raspberry Pi memiliki dua versi model. Model A dan Model B, meskipun Model A lebih murah daripada Model B, ada beberapa perbedaan diantara kedua versi Raspberry Pi tersebut. Model A memiliki 256 MB memori, hadir dengan sebuah single USB port dan tidak memilki port Ethernet dibandingkan model B yang memiliki memori sebesar 512 MB, 2 buah USB port, dan sebuah Ethernet yang cukup bagus. Perancangan perangkat pada penelitian ini digunakan model B dikarenkan kelengkapannya dibandingkan dengan model A.

3.1.3 Modul RF 3DR Radio 433 MHz

Modul RF Radio Frekuensi 433 MHz menggunakan modul 3DR Radio 433 MHz yang terdiri dari modul pemancar/penerima. Modul radio ini memiliki spesifikasi sebagai berikut:

2. Ukuran berat berkisar 4 gram tanpa menggunakan antena 3. Tersedia pada 2 variasi frekuensi yaitu 900 MHz atau 433 MHz 4. Memiliki sensitifitas perangkat penerima hingga -121 dBm 5. Daya pengiriman dapat mencapai 20 dBm tepatnya 100 mW 6. Menggunakan komunikasi secara serial

7. Air data rates hingga 250 kbps

8. Frequency hopping spread spectrum (FHSS) 9. Adaptive time division multiplexing (TDM) 10.Open source firmware

11.AT commands digunakan untuk konfigurasi radio

12.RT commands digunakan untuk konfigurasi remote radio

Gambar 3.4 Konfigurasi serial modul remote dengan Raspberry Pi.

Modul remote adalah modul pasangan dari perangkat radio yang pada umumnya berada pada posisi pengirim. Remote radio memungkinkan untuk dapat

melakukan akses terhadap

pasangan dari modul radio

ini, tentunya dengan

commands pada 3DR Radio Configuration Utility. Adapun konfigurasi serial modul remote ditunjukkan pada Gambar 3.4. Pada penelitian ini digunakan utility yang dirancang oleh Michael Oborne. Sistem radio menggunakan antena standard yang disediakan oleh 3DRobotics dengan jenis antena helix, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Antena Modul RF 3DR Radio 433 MHz/915 MHz.

Pada sisi groung station, receiver 3DR Radio 433 MHz dihubungkan ke komputer melalui port USB serta ke antenna menggunakan SMA konektor male dan female. Adapun perangkat receiver tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.6.

3.1.4. Modul Kamera

Dalam pembuatan perangkat telemetri ini kamera yang digunakan adalah jenis webcam Logitech c110. Kamera ini kompatibel dengan Raspberry Pi dengan koneksi melalui kabel data berjenis USB dan hasil gambar dapat langsung diolah oleh Raspberry Pi. Pada gambar 3.7 diperlihatkan salah satu jenis webcam buatan Logitech.

Gambar 3.7 Kamera webcam Logitech series c110.

3.1.5 Sumber Daya Perangkat Remote

Perangkat remote menggunakan sumber daya power bank yang menghasilkan tegangan keluaran berupa arus searah (Direct Current). Power Bank yang digunakan merk SPORTIVE dengan kapasitas baterai 3000 mAh yang ditunjukan pada Gambar 3.8 yang kompatibel dengan perangkat Raspberry Pi.

Gambar 3.8 Power Bank SPORTIVE 3000 mAh

3.2. Interkoneksi dan Pengaturan Perangkat

Interkoneksi yang merupakan keterhubungan antar jaringan dapat diartikan menjadi sebuah jaringan terhubung yang menggunakan sebuah jalur koneksi. Pada sistem komputer ataupun komponen peripheral keterhubungan digunakan untuk menyampaikan, mengatur, menerima dan mengirimkan data dari berbagai jalur. Bus merupakan jalur yang didesain untuk menangani keterhubungan beberapa perangkat keras. Pada arsitektur komputer terdapat 3 buah bus yang digunakan. Adapun diantaranya adalah Bus Alamat, Bus Kontrol dan Bus Interkoneksi (Data). Bus Alamat digunakan untuk menentukan lokasi atau tempat seluruh data yang datang dan pergi. Bus Kontrol digunakan untuk mengatur aliran memori yang digunakan selama beroperasi secara terus menerus. Sedangkan Bus Interkoneksi adalah bus yang ditugaskan untuk mengatur lalu lintas data yang masuk dan keluar dari sistem tersebut. Raspberry Pi yang termasuk single board memiliki ketiga bus tersebut.

Gambar 3.9 Interkoneksi Perangkat Telemetri

Pada sistem telemetri interkoneksi dapat diterjemahkan sebagai keterhubungan komponen perangkat keras untuk berpindah dari lalu lintas data yang berbeda sesuai dengan komunikasi yang digunakan. Pada penelitian ini terdapat beberapa komunikasi untuk melakukan interkoneksi tersebut diantaranya adalah komunikasi secara serial melalui gelombang elektromagnetik. Adapun interkoneksi dari sistem telemetri ini ditunjukkan pada Gambar 3.9.

3.2.1 Pengaturan Raspberry Pi

Agar Raspberry Pi bisa digunakan maka komponen pendukung harus diperkenalkan pada sistem operasi (OS). OS terdiri dari program dasar dan utilities standart yang memungkinkan Raspberry Pi berjalan dengan baik. Sistem Operasi (OS) diinstal ke sebuah kartu memori (SD). Adapun ringkasan langkah-langkah untuk menginstal OS adalah sebagai berikut:

1. Masukkan kartu SD yang 4GB atau lebih besar dalam ukuran ke dalam komputer / laptop.

2. Format kartu SD sehingga Pi dapat membacanya

i. Download SD Association Format Tool dari situs berikut ini :

ii. Menginstal dan menjalankan Formatting Tool pada laptop https://www.sdcard.org/downloads/formatter_4/eula_windows/

iii. Set "FORMAT SIZE ADJUSTMENT" pilihan untuk "ON" dalam menu "Options"

iv. Periksa kartu SD yang dimasukkan sesuai dengan yang dipilih oleh laptop tersebut

v. Klik "Format" tombol

3. Download Out Of New Box Software (NOOBS) dari:

4. Unzip file yang didownload : downloads.raspberrypi.org/noobs

5. Copy hasil file ekstraksi tersebut kedalam SD card yang telah kamu format

6. Masukkan SD card kedalam Raspberry Pi dan hubungkan dengan power supply

Raspberry Pi sekarang akan melakukan booting ke NOOBS yang akan menampilkan daftar sistem operasi yang dapat anda pilih untuk diinstal. Pada penelitian ini sistem operasi yang diinstal berupa Raspbian sesuai dengan perangkat utamanya yaitu Raspberry Pi.

Selanjutnya adalah melakukan update dan upgrade dengan cara masuk ke command prompt dan gunakan perintah update dan upgrade :

$ sudo apt-get update

$ sudo apt-get upgrade

3.2.2 Konfigurasi 3DR Radio

Untuk mengkonfigurasi modul 3DR Radio digunakan software khusus. 3DR Radio Config termasuk sebuah program sederhana yang tidak membutuhkan proses intalasi terlebih dahulu mirip seperti PuTTY. Download the executable file kemudian klik dua kali pada file tersebut maka akan mulai berjalan program yang akan memperlihatkan tampilan yang ditunjukkan Gambar 3.11.

Gambar 3.10 Tampilan window 3DRRadio Config 1.3.1.

Ada 2 cara untuk melakukan konfigurasi radio tersebut, seperti : Menggunakan FTDI-to-USB kabel untuk melakukan konfigurasi 3DR radio dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Koneksikan module remote dengan FTDI-to-USB pada port USB komputer.

2. Masuk ke Device Manager dan identifikasi port COM yang digunakan.

3. Pada 3DR Radio Config atur baudrate dan COM port yang digunakan.

4. Klik Load Settings pada 3DR Radio Config.

5. Jika loaded value sesuai dengan rekomendasi pengaturan maka klik Save Settings pada software tersebut, apabila tidak sesuai maka atur seluruh loaded value sesuai dengan pengaturan yang direkomendasikan.

6. Ulangi langkah-langkah tersebut untuk mengatur modul 3DR USB dengan loaded value yang sama dengan modul remote yang sebelumnya.

Gambar 3.11 Perangkat FTDI-to-USB.

Perangkat FTDI-to-USB ditunjukkan pada Gambar 3.12. Adapun cara yang kedua adalah Menggunakan AT/RT command set untuk melakukan konfigurasi 3DR radio dengan langkah-langkah sebagai berikut :

1. Koneksikan modul 3DR USB pada port USB komputer dan aktifkan modul remote menggunakan catu daya yang sesuai.

2. Lakukan seperti langkah 2 sampai 5 pada cara pertama.

3. Kemudian klik Copy Required Items to Remote.

4. Pastikan seluruh loaded values sesuai dengan modul 3DR USB, jika sesuai kemudian save.

5. Maka kedua modul 3DR Radio 433 MHz telah dilakukan konfigurasi yang sesuai dengan rekomendasi.

3.2.3. Koneksi ke Jaringan

Adapun langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :

hostname –I /*Apa alamat IP yang dimiliki RPI kita terlebih dahulu ifconfig /*Keadaan yang dimiliki interfaces network kita pi@raspberrypi : -$ ifconfig

eth0 Link encap: Ethernet Hardware Adresse b8:27:eb:2b:c3:50

Inet Adresse: 192.168.1.25 Bcast: 192.168.255.255 Maske: 255.255.0.0 Inet6-Adresse:fe80: :ba27:ebff:fe2b:c350/64 Gultigkeitsbereich: Verbindung UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU: 1500 Metrik: 1

RX packets: 2182737 errors: 0 dropped: 0 overruns: 0 frame: 0 TX packets: 563997 errors: 0 dropped: 0 overruns: 0 carrier: 0 Kollisionen: 0 Sendewarteschlangenlange: 1000

RX bytes: 3195864956 (2.9 GiB) TX bytes: 57555644 (54.8 MiB)

lo Link encap: Lokale Schleife

Inet Adresse: 127.0.0.1 Maske: 255.0.0.0

Inet6-Adresse: : :1/128 Gultigkeitsbereich:Maschine UP LOOPBACK RUNNING MTU: 16436 Metrik: 1

RX packets: 0 errors: 0 dropped: 0 overruns: 0 frame: 0 TX packets: 0 errors: 0 dropped: 0 overruns: 0 carrier: 0 Kollisionen: 0 Sendewarteschlangenlange: 0

RX bytes: 0 (0.0 B) TX bytes: 0 (0.0 B)

Pada bagian eth0 lihat alamat inet untuk alamat IP dan subnet mask RPI tersebut.

lo (loopback Interface) melayani komunikasi lokal area. Konfigurasi IP untuk LAN dapat ditemukan pada kedua file berikut ini :

/etc/network/interfaces /*konfigurasi interface

/etc/resolv.conf /*DNS server entries

/etc/network/interfaces ketika kita gunakan DHCP , maka tampilan menjadi :

# The Loopback network interface Auto lo

Iface lo inet loopback

# The primary network interface Auto eth0

Iface eth0 inet dhcp /*DHCP vorhanden

/etc/resolv.conf:

Nameserver <IP-Adresse> /*In most cases IP-Adresse of the router

/etc/network/interfaces ketika kita gunakan sebuah IP-Configuration tetap :

# The Loopback network interface Auto lo

Iface lo inet loopback

# The primary network interface Auto eth0

Address <IP-Adresse> /*IP address of the RPI

Netmask <Nets Masks> /*in home network mostly 255.255.255.0 Gateway <IP-Adresse> /*IP address of the router

Setelah mengubah network configuration lakukan restart pada layanan jaringan yang dibutuhkan dengan cara menuliskan sintaks tersebut pada command prompt :

sudo /etc/init.d/networking restart

Jika network interface tidak bekerja dengan baik maka coba ikuti perintah ini :

sudo ifdown eth0 /* deactivate interface

sudo ifup eth0 /* activate interface

Kemudian dengan melakukan Ping pada command window kita agar dapat melakukan pengetesan jika paket yang dikirimkan dan diterima seperti berikut ini

Ping –cl /* lakukan tes jika jaringan berada pada titik akhir

PING

64 bytes from mut03s02-in-f23.le100.net (173.194.35.183): icmp_req=1 ttl=52 time=34.2ms

1 packets transmitted, 1 received, 0% packet lose, time 0ms

4.10 Hasil Pengambilan Gambar Dengan Format Berbeda

Perbedaan format file gambar menyebabkan ukuran dan kualitas gambar setiap gambar berbeda, pengujian ini dilakukan untuk membandingkan citra gambar yang diambil dengan format file berbeda dan membandingkan kualitas citra gambar dari format file tersebut. Algoritma dan sintaks program ditunjukkan pada Lampiran D. Adapun ukuran file yang diperoleh dari pengujian ini ditunjukkan pada Lampiran D dan grafik pengujian ditunjukkan pada Gambar 4.10 berikut ini.

Gambar 4.10 Grafik perbandingan ukuran file gambar dengan format berbeda Pengujian yang dilakukan menunjukkan bahwa format file gambar BMP memiliki ukuran paling besar rata-rata sebesar 900 kb, untuk gambar JPG memiliki ukuran rata-rata sebesar 57.2 kb, untuk gambar PNG memiliki ukuran rata-rata sebesar 152.9 kb, untuk gambar TIF memiliki ukuran rata-rata sebesar 92.9 kb. Hal ini menunjukkan bahwa BMP merupakan format file yang tidak melakukan kompresi terhadap citra gambar yang diambil oleh perangkat telemetri. Pada format JPG terjadi kompresi citra gambar yang cukup besar yang ditunjukkan oleh selisih rata-rata sebesar 842.8 kb terhadap BMP. Format TIF

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

U k u ra n F il e (kb ) Urutan Gambar BMP JPG PNG TIF

sebesar 807.1 kb. Format PNG sebesar 747.1 kb. Ukuran file sangat berpengaruh dengan citra gambar yang diambil, hasil pengujian menunjukkan bahwa citra gambar yang paling baik diperoleh pada citra gambar yang terakhir. Adapun hasil pengambilan gambar tersebut ditunjukkan pada Gambar 4.11 berikut inis.

a. Format BMP b. Format JPG

c. Format PNG d. Format TIF Gambar 4.11 Hasil Pengambilan Gambar dengan Format Berbeda

Hasil pengujian menghasilkan bahwa format JPG dan format PNG menunjukkan bahwa keduanya cenderung lebih menyerupai dengan kondisi lingkungan dibandingkan dengan format BMP dan TIF. Hal ini memberikan kesimpulan bahwa kualitas gambar bukan ditentukan dari ukuran file.

BAB V PENUTUP 5.1 KESIMPULAN

1. File ekstension *hex memiliki ukuran byte lebih besar dibandingkan file ekstension *txt.

3. Pada pengujian dengan menyisipkan bit 1010 ditunjukkan bahwa rata-rata dari 100 buah paket data yang diterima ada 2 buah paket data yang mengalami kesalahan (error).

4. Citra raw grayscale hasil rekontruksi dengan ukuran 480x480 pixel serupa dengan gambar aslinya dalam format grayscale.

5. Gambar raw grayscale menunjukkan PSNR sebesar 28.06 dB terhadap gambar aslinya.

6. Perangkat telemetri yang dirancang mampu mengirimkan data gambar asli tanpa adanya proses kompresi.

7. Perangkat telemetri yang dirancang ekonomis dan tidak memerlukan perangkat repeater tambahan untuk mengirimkan data gambar.

8. Dibandingkan dengan perangkat telemetri yang lain, perangkat telemetri yang dirancang mampu melakukan komunikasi dua arah terhadap sistem

ground station dengan kemampuan memberikan perintah untuk mengatur semua sistem yang ada didalam perangkat transmitter melalui perangkat

receiver.

9. Perangkat telemetri yang telah dirancang mampu bekerja sesuai dengan penggunaan sistem telemetri yang sangat dibutuhkan pada saat sekarang ini.

5.2 SARAN

1. Diharapkan ketika menggunakan login di GUI MATLAB harus memahami mengenai program yang terdapat didalamnya, karena belum sempurnanya program yang dibuat kemungkinan akan sering terjadi error program.

2. Disarankan menggunakan kapasitas baterai yang lebih lama daya tahannya dan disarankan tidak menggunakan baterai produksi karena label yang tertera tidak sesuai dengan ketentuannya.

3. Dibutuhkan algoritma yang hebat untuk mengirimkan data dengan memaksimalkan baudrate yang digunakan sehingga tidak diperlukan waktu yang cukup lama untuk melakukan pengambilan data

4. Diharapkan melakukan pengujian melibatkan teknik kompresi data guna mengetahui kualitas data gambar dengan teknik kompresi.

5. Dibutuhkan antena yang sesuai untuk mendapatkan jangkauan komunikasi yang lebih jauh baik secara horizontal maupun secara vertikal.

6. Diharapkan melakukan pengujian secara vertikal untuk dapat membuktikan bahwa perangkat telemetri yang dirancang mampu digunakan untuk aplikasi penginderaan jarak jauh.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Telemetry Group RF Systems Committee," Telemetry ™ Systems Radio Frequency (RF) Handbook", Secretariat Range Commanders Council U.S. Army White Sands Missile Range, 2008.

[2] Malaric Kresimir, " EMI Protection for Communication Systems ", ARTECH House 2010.

[3] Hayt William H, John A. Buck, " Engineering Electromagnetics", McGraw-Hill Companies 2006.

[4] Hill Richard, " The New International Telecommunication Regulations and The Internet", Springer-Verlag GmbH Berlin Heidelberg, 2014.

[5] Pokrajac Dalibor, “Summary Proposal for 433 MHz channel as alternate 802.15.4f PHY and MAC modifications”, Guard RFID, 2009.

[6] Carr Joseph J, "Practical Antenna Handbook", McGraw-Hill Companies, 2001.

[7] Santoso Nurhadi Budi, "Perekayasaan Sistem Antena", Kementerian Pendidikan Dan Kebudayaan Republik Indonesia, 2013.

[8] Nelson Mark, "Serial Communications Developer's Guide", Wiley, 1999. [9] Carden Frank, Russell P. Jedlicka, Robert Henry, "Telemetry Systems

Engineering", ARTECH House, 2002.

[10] Wolf Paul R, Totok Gunawan, Zuharen, "Elemen fotogrametri: dengan interpretasi foto udara dan penginderaan jauh", Gadjah Mada University Press, 1993.

[11] Rahardjo Tulus, "Alokasi Frekuensi : Kebijakan dan Perencanaan Spektrum Indonesia", Departemen Komunikasi dan Informatika, Direktorat Jenderal Pos dan Telekomunikasi Jakarta, 2010.

[12] Warner Timothy, "Hacking Raspberry Pi", Que 2013.

[13] Beazley David, Brian K. Jones, "Python Cookbook", O'Reilly Media USA, 2013.

[14] Solem Jan Erik, "Programming Computer Vision with Python", O'Reilly Media USA, 2012.

[15] Oostendorp Nathan, Anthony Oliver, Katherine Scott, "Practical Computer Vision with SimpleCV", Python", O'Reilly Media USA, 2012.