PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI TELEMETRI MULTI STASIUN MULTI SENSOR MENGGUNAKAN DUA FREKUENSI PEMBAWA

PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI
TELEMETRI MULTI STASIUN MULTI SENSOR
MENGGUNAKAN DUA FREKUENSI PEMBAWA

TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
dalam menyelesaikan tahap sarjana
di Departemen Fisika ITB

Oleh:
MUHAMMAD MIFTAHUL MUNIR
10299031

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2003

PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI
TELEMETRI MULTI STASIUN MULTI SENSOR
MENGGUNAKAN DUA FREKUENSI PEMBAWA


TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
dalam menyelesaikan tahap sarjana
di Departemen Fisika ITB

Oleh:
MUHAMMAD MIFTAHUL MUNIR
10299031

Telah diperiksa dan disahkan
Pembimbing Tugas Akhir

Dr. Eng. Khairurrijal, M.Si.
NIP: 131967089

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2003


KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena
dengan kuasa, kehendak serta bimbingan-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas
akhir program sarjana ini.
Tugas akhir ini ditulis sebagai persyaratan kelulusan tingkat sarjana
pada Departemen Fisika Institut Teknologi Bandung dan merupakan laporan atas
diselesaikannya penelitian dengan judul “Perancangan dan Implementasi
Telemetri Multi Stasiun Multi Sensor Menggunakan dua Frekuensi Pembawa”.
Tugas akhir ini merupakan pengembangan dari tugas akhir yang telah dikerjakan
oleh saudara Fajri Romadhona dan saudara Nugroho Pancayogo yang meliputi
pengembangan sistem telemetri multi stasiun multi sensor menggunakan dua
frekuensi pembawa serta pengembangan perangkat keras dan perangkat lunak.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna.
Oleh karena itu saran dan kritik yang membangun akan penulis terima dengan
senang hati. Akhir kata penulis berharap agar tugas akhir ini bermanfaat,
khususnya bagi penulis maupun pihak-pihak yang berkepentingan.

Bandung, Juni 2003


Penulis

i

UCAPAN TERIMA KASIH

Dengan mengucap puji dan syukur ke hadirat Allah Yang Maha Agung,
tidak lupa penyusun juga mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang
membantu terselesaikannya tugas akhir ini :
x

Bapak

Khairurrijal,

mengarahkan,

selaku


memotivasi

dosen
dan

pembimbing
membimbing

yang

senantiasa

penyusun

dalam

menyelesaikan tugas akhir, serta atas segala bantuannya yang sangat
banyak baik materi maupun non materi.
x


Bapak Sukirno, atas motivasi, pengajaran-pengajarannya, bantuan, serta
kesediannya menjadi dosen penguji pada sidang akhir penulis yang
diadakan pada tanggal 9 Juni 2003.

x

Bapak Zaki Su’ud selaku dosen penguji dan atas ilmu-ilmu yang telah
disampaikannya selama penyusun menyelesaikan tahap sarjana di
Departemen Fisika ITB.

x

Bapak Mitra Djamal, Bapak Maman Budiman beserta seluruh staf
pengajar Departemen Fisika khususnya yang tergabung dalam KBK
instrumentasi.

x

Ibu, adik sekeluarga tercinta yang senantiasa memberi support, do’a, kasih
sayang dan supply kepada penyusun sejak kecil.


x

Almarhum Ayah, mudah-mudahan diampuni segala dosanya dan diterima
disisi-Nya.

x

Teman-teman

di Balebat dan Pink House khususnya DSM yang

senantiasa menemani penyusun semenjak SMP.
ii

x

Teman-teman Lab Elka dari tua sampai muda, mas Yogo atas segala
bantuannya, Kang Atep nu rada galing, Aris 98, Bonnie, Si Abah tea atas
foto-fotonya, P’Suryono, P’Wil, P’Zulki, teman-teman 99, Ivan,

Rahmond, Teman-teman 2000.

x

Jendral Nazar sang provokator dan Bung Nurus yang sama-sama trio
siberat, atas segalanya: pasar andir tengah malam, ayam bakar, naik motor
bertiga, nerobos polisi, arabic song, feenoh, tamaaly maak, dalida, ulin
wae, nonton wae, sare wae, wae-wae dan lain-lain.

x

Indra Wibawa ‘98 dan Firman Ardiansyah gondrong’98 atas diskusidiskusi dan bantuannya yang sangat banyak.

x

P’Ohin, P’Dadang, P’Yeye, P’Daryat dan seluruh karyawan Departemen
Fisika ITB.

x


Semua pihak yang telah membantu yang tidak dapat dituliskan namanya
satu persatu.

iii

ABSTRAK

Sistem telemetri radio yang melibatkan berbagai macam sensor dan
beberapa stasiun telah dimanfaatkan untuk pemantauan berbagai besaran fisis
pada beberapa tempat dari jarak jauh secara terus menerus. Sistem telemetri radio
dengan satu frekuensi pembawa mempunyai

beberapa kelemahan: a) sistem

menjadi lambat karena data ukur dan kontrol dikirim secara bergantian, b) adanya
switching mode kirim dan mode terima menimbulkan permasalan pada sistem
transceiver yang digunakan. Untuk mengatasi kelemahan tersebut, pada tugas
akhir ini sistem telemetri radio dengan 2 frekuensi pembawa telah dirancang dan
diimplementasikan. Sistem yang dirancang terdiri dari satu stasiun kontrol dan 2
stasiun ukur dengan frekuensi pembawa pada range 85 s/d 87 MHz dan masingmasing stasiun ukur dapat menangani 8 input sensor. Kelebihan lainnya sistem

menggunakan pemancar dengan sistem PLL (Phase Lock Loop) yang

daya

maksimumnya 4 Watt dengan SWR 1:1,2 ; kestabilan frekuensi pembawa ±500
Hz.; kesalahan pengukuran digital 0.4 % ; kesalahan transfer data 0.03%.

iv

DAFTAR ISI

Kata Pengantar

i

Ucapan Terimakasih

ii

Abstrak


iv

Daftar Isi

v

Daftar Gambar

viii

Daftar Tabel

x

BAB I

PENDAHULUAN
1.1.


Latar Belakang dan Rumusan Masalah

1

1.1.1 Latar belakang

1

1.1.2 Rumusan masalah

2

1.2

Ruang Lingkup Kajian

3

1.3

Tujuan Penulisan

3

1.4

Metoda dan Teknik Pengumpulan Data

3

1.4.1 Metoda Penelitian

3

1.4.2 Teknik Pengumpulan Data

4

Sistematika Pembahasan

4

1.5

BAB II

SISTEM

TELEMETRI

DAN

KOMPONEN

PEMBANGUN
2.1.

Pengertian Dasar

5

v

2.2.

Sistem Telemetri Radio Multi Stasiun Multi Sensor

6

Menggunakan dua Frekuensi Pembawa
2.3.

BAB III

Komponen Pembangun

10

2.3.1 Sensor

12

2.3.2 Multiplekser (selektor data)

13

2.3.3 ADC (Analog to Digital Converter)

13

2.3.4 Sistem Kontrol Sekunder

15

2.3.5 Sistem Kontrol Primer dan Pengolah Data

15

2.3.6 Modem (Modulator-Demodulator)

16

2.3.7 Sistem Pengirim

18

2.3.8 Sistem Penerima

23

2.3.9 Sistem Antena

25

PERANCANGAN PERANGKAT KERAS
DAN PERANGKAT LUNAK
3.1.

Rancangan Sistem Perangkat Keras
3.1.1 Rancangan Sistem Akuisisi

30

3.1.1.1 Multiplekser

30

3.1.1.2 ADC (Analog to digital converter)

32

3.1.2 Sistem Kontrol Sekunder

32

3.1.3 Perancangan Modem

39

3.1.4

Sistem Pemancar

39

3.1.4.1 PLL Frequency Syntesizer

40

3.1.4.2 Penguat Daya

43

vi

3.2

BAB IV

BAB V

3.1.5 Sistem Kontrol Primer

43

3.1.6 Antenna Yagi

45

Perancangan Sistem Perangkat Lunak

46

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1.

Pengukuran Bit Error

51

4.2.

Ketelitian Pengukuran Digital

52

4.3.

Pengaruh Jarak terhadap Keakuratan Data

56

4.4.

Kestabilan Alat Ukur Telemetri

57

4.5.

Hal-Hal yang Perlu Dikembangkan Lebih Lanjut

58

KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.

Kesimpulan

59

5.2.

Saran

60

DAFTAR PUSTAKA

xi

LAMPIRAN 1 : NILAI KESALAHAN PENGUKURAN UNTUK
BEBERAPA TEGANGAN SUMBER
LAMPIRAN 2 : SPEKTRUM FREKUENSI VHF 38–144 MHz
LAMPIRAN 3 : FOTO ALAT DAN SKEMA RANGKAIAN
TELEMETRI

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Sistem Telemetri dengan Dua Frekuensi Pembawa

9

Gambar 2.2

Diagram Blok Stasiun Ukur

11

Gambar 2.3

Diagram Blok Stasiun Kontrol

11

Gambar 2.4

Analog Multiplekser

13

Gambar 2.5

Succesive Approximation Register (SAR) ADC

14

Gambar 2.6

Model Konversi Sinyal Base Band pada Sinyal Pembawa

17

Gambar 2.7

Diagram Blok Radio Pemancar

21

Gambar 2.8

Diagram Blok PLL

22

Gambar 2.9

Diagram Blok Radio Penerima Superheterodyne

24

Gambar 2.10

Susunan Antena Yagi Tiga Elemen

25

Gambar 2.11

Pola Radiasi Antena Yagi

26

Gambar 3.1

Multiplekser Analog 8 kanal

31

Gambar 3.2

Antar Muka pada Kontrol Sekunder

36

Gambar 3.3

Diagram Blok PLL Frequency Syntesizer

40

Gambar 3.4

Sistem Kontrol Primer

44

Gambar 3.5

Susunan Antena Yagi Tiga Elemen

45

Gambar 3.6

Diagram Alir Program Di Stasiun Kontrol Pada Komputer

47

Menggunakan Turbo Pascal 7.0
Gambar 3.7

Diagram Alir Program Di Stasiun Kontrol Pada Komputer

48

Menggunakan Turbo Pascal 7.0 (lanjutan)
Gambar 3.8

Diagram Alir Program Di Stasiun Ukur

viii

49

Gambar 3.8

Diagram Alir Program Di Stasiun Kontrol Pada

50

Mikrokontroller
Gambar 4.1a

Kesalahan Pengukuran Untuk Tegangan Sumber 0,91 Volt

52

Pada Stasiun Ukur-1 Kanal-1 Sebanyak 160 Data
Gambar 4.1b

Kesalahan Pengukuran Untuk Tegangan Sumber 4,41 Volt

53

Pada Stasiun Ukur-2 Kanal-7 Sebanyak 160 Data
Gambar 4.1c

Kesalahan Pengukuran Untuk Tegangan Sumber 0,91 Volt

53

Pada Stasiun Ukur-1 Kanal-1 Tanpa Ujung-Ujung
Pengukuran Sebanyak 160 Data
Gambar 4.1d

Kesalahan Pengukuran Untuk Tegangan Sumber 4,41 Volt

53

Pada Stasiun Ukur-2 Kanal-7 Tanpa Ujung-Ujung
Pengukuran Sebanyak 160 Data
Gambar 4.2

Grafik Penyimpangan Pengukuran Terhadap Sumber Data

55

Pada Stasiun Ukur-1 Kanal-0.
Gambar 4.3

Grafik Penyimpangan Pengukuran Terhadap Sumber Data
Pada Stasiun Ukur-2 Kanal-0.

ix

56

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1

Tabel Kebenaran CD 4051

31

Tabel 4.1

Jumlah Bit Error Untuk Pengukuran Dengan jarak 6 m dan 10 m

52

Tabel 4.2

Nilai Kesalahan Pengukuran Untuk Beberapa Tegangan Sumber

55

x