TUGAS AKHIR - 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 diselesaikannyaTugas 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
Rhobby Maulana NIM. 100402019
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 .....................................
4.8 Hasil Pengujian dan Anlisis Koneksi Capture Data dengan Penyisipan Bit 1010 ......................................................................................................
76 DAFTAR PUSTAKA
75 5.2 Saran.....................................................................................................
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ..........................................................................................
4.10 Hasil Pengambilan Gambar Dengan Format Berbeda ......................... 73
71
70 4.9 Hasil Rekontruksi Data Raw Grayscale ..............................................
68
61 4.2 Hasil Pengujian dan Analisis Koneksi Langsung ................................
4.7 Hasil Pengujian dan Analisis Koneksi Capture Data Berdasarkan Ukuran Format Ekstensi File Berbeda .............................................................
67
65 4.6 Hasil Pengujian dan Analisis Capture Data Terhadap Waktu .............
64 4.5 Hasil Pengamatan Data Menggunakan GUI MATLAB ......................
63 4.4 Hasil Pengujian dan Analisis Koneksi Terhadap Jarak ........................
62 4.3 Hasil Pengujian dan Analisis Koneksi GUI .........................................
LAMPIRAN
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 3.11 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 Grafik Pengujian 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