SISTEM NAVIGASI PADA UNMANNED SURFACE VEHICLE UNTUK PEMANTAUAN KONDISI DAERAH PERAIRAN
ABSTRACT
NAVIGATION SYSTEM ON UNMANNED SURFACE VEHICLE TO
MONITOR WATER AREA CONDITION
By
MUHAMMAD JERRY JELIANDRA SUJA
Water area, especially river, has an important role for human life. To prevent the
damage to that area, it is better if we do the monitoring and measurement
periodically to some of parameters that can give a sign or early warning against
abnormality that occurs in this area, so we can accurately and quickly anticipate.
From this idea, we created an Unmanned Surface Vehicle that is intended to
facilitate monitoring process in water area. USV that we are use is electric USV
equipped with APM 2.5 firmware ardurover as an autopilot system. Autopilot
system on USV covered with Auto mode, Manual mode, Guided mode and Hold
mode. Before USV take the mission, every sensors in this USV are being tested.
Then USV can take the water area mission by making 6 mission with different
waypoints location, so that USV can go towards desired waypoints.
Average error radius obtained from missions is 2.2 meter every waypoints. This
USV also equipped with FPV system so that monitoring process can easily done
by looking at the camera mounted on the USV.
Keywords: Water Area, Roboboat, Unmanned Surface Vehicle (USV), APM 2.5,
FPV System
ABSTRAK
SISTEM NAVIGASI PADA UNMANNED SURFACE VEHICLE UNTUK
PEMANTAUAN KONDISI DAERAH PERAIRAN
Oleh
MUHAMMAD JERRY JELIANDRA SUJA
Daerah perairan, khususnya sungai, memiliki peranan penting untuk kehidupan
manusia. Untuk mencegah kerusakan pada daerah tersebut, maka ada baiknya jika
dilakukan pemantauan dan pengukuran secara berkala untuk beberapa parameter
yang dapat memberi tanda atau peringatan dini terhadap ketidaknormalan yang
terjadi daerah ini sehingga dapat dilakukan antisipasi secara tepat dan cepat.
Atas ide inilah diciptakan sebuah Unmanned Surface Vehicle yang ditujukan
untuk mempermudah proses pemantauan daerah perairan. USV yang digunakan
yaitu USV elektrik yang dilengkapi APM 2.5 dengan firmware ardurover untuk
sistem autopilot. Sistem autopilot pada USV meliputi mode Auto, manual, guided
dan hold. Sebelum USV menjalankan misi, dilakukan pengujian-pengujian
terhadap sensor-sensor yang dipakai. Kemudian pengujian perairan dilakukan
dengan membuat 6 misi dengan letak waypoint yang berbeda sehingga USV dapat
menuju titik waypoint yang diinginkan.
Didapatkan Error radius rata-rata setiap waypoint sebesar 2,2 meter. USV ini juga
dilengkapi dengan sistem FPV sehingga pemantauan dapat lebih mudah dilakukan
dengan melihat kamera yang terpasang pada USV dan ditampilkan pada monitor
7” dengan bantuan video sender.
Kata Kunci: Daerah perairan, Roboboat, Unmanned Surface Vehicle (USV), APM
2.5, Sistem FPV
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2-1 Contoh Unmanned Surface Vehicle (USV) ......................................... 8
Gambar 2-2 USV system architecture [Dunbabin M. (2009)] ................................ 9
Gambar 2-3 Global Positioning System (GPS) (sumber : www.rctimer.com) ..... 10
Gambar 2-4 Contoh penggunaan sistem Autopilot (waypoint) ............................. 11
Gambar 2-5 Pergerakan dan Orientasi Kapal [Halvorsen.H (2008)] .................... 13
Gambar 2-6 Perlengkapan First Person View (FPV)............................................ 14
Gambar 3-1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 18
Gambar 3-2 Diagram blok keseluruhan sistem ..................................................... 19
Gambar 3-3 Sketch Hull Catamaran ..................................................................... 20
Gambar 3-4 USV dengan Hull Catamaran ........................................................... 21
Gambar 3-5 Blok Diagram Sistem Navigasi USV ................................................ 22
Gambar 3-6 Diagram alir sistem waypoint ........................................................... 23
Gambar 3-7 Diagram Alir Position Hold .............................................................. 24
Gambar 3-8 Blok Diagram Sistem FPV................................................................ 25
Gambar 3-9 Flight Plan Editor ............................................................................. 25
Gambar 3-10 Information View ............................................................................ 26
Gambar 3-11 Primary Flight Display ................................................................... 27
Gambar 4-1 Unmanned Surface Vehicle’s Electronics ......................................... 30
Gambar 4-2 Remote Turnigy 9X ........................................................................... 33
Gambar 4-3.(a). Roll ke kanan 30º. (b). Roll ke kiri 30º ....................................... 34
Gambar 4-4.(a). Bow Up 30º. (b). Bow Down 30º ................................................ 35
xvii
Gambar 4-5.(a). Compass 290º. (b). Compass 190º.............................................. 36
Gambar 4-6 Tampilan utama U-Center................................................................. 37
Gambar 4-7. Akurasi GPS skala 5 meter .............................................................. 38
Gambar 4-8 Sky View (a) dan Satellite Position (b) Pengujian pertama .............. 38
Gambar 4-9 Akurasi GPS skala 4 meter ............................................................... 39
Gambar 4-10 Skyview dan Satellite Position pengujian ke 2 ................................ 40
Gambar 4-11. Pengujian Sistem Telemetry........................................................... 41
Gambar 4-12 Pengiriman Data Telemetry............................................................. 41
Gambar 4-13 Pengujian Sistem FPV Indoor (a) dan Outdoor (b) ........................ 42
Gambar 4-14 Dry Test USV ................................................................................. 42
Gambar 4-15 Pengujian DryTest Flight Data ....................................................... 43
Gambar 4-16 Lokasi uji perairan pada Google Earth Pro .................................... 44
Gambar 4-17 Gambar Initial Parameter Ardurover ............................................. 44
Gambar 4-18 Flight Plan misi pertama ................................................................ 45
Gambar 4-19 GPS Tracking Misi Pertama ........................................................... 46
Gambar 4-20 GPS Tracking Google Earth Pro misi pertama. ............................. 47
Gambar 4-21 Grafik Error Radius Misi Pertama ................................................. 48
Gambar 4-22 Flight Plan Misi Kedua .................................................................. 48
Gambar 4-23 Flight Data Misi Kedua .................................................................. 49
Gambar 4-24 GPS Tracking Google Earth Pro misi kedua ................................. 49
Gambar 4-25 Grafik Error Radius Misi Kedua .................................................... 51
Gambar 4-26 Flight Plan Misi Ketiga .................................................................. 51
Gambar 4-27 Flight Data Misi Ketiga .................................................................. 52
Gambar 4-28 GPS Tracking Google Earth Pro misi ketiga ................................. 52
Gambar 4-29 Grafik Error Radius Misi Ketiga .................................................... 53
Gambar 4-30 Flight Plan Misi Keempat .............................................................. 54
xviii
Gambar 4-31 Flight Data Misi Keempat .............................................................. 55
Gambar 4-32 GPS Tracking Google Earth Pro misi keempat ............................. 55
Gambar 4-33 Grafik Error Radius Misi Keempat ................................................ 56
Gambar 4-34 Flight Plan Misi Kelima ................................................................. 57
Gambar 4-35 Flight Data Misi Kelima................................................................. 58
Gambar 4-36 GPS Tracking Google Earth Pro misi kelima ................................ 58
Gambar 4-37 Grafik Error Radius Misi Kelima ................................................... 59
Gambar 4-38 Flight Plan Misi Keenam ............................................................... 60
Gambar 4-39 Flight Data Misi Keenam ............................................................... 61
Gambar 4-40 GPS Tracking Google Earth Pro misi keenam .............................. 61
Gambar 4-41 Grafik Error Radius Misi Keenam ................................................. 62
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRACT ............................................................................................................ ii
ABSTRAK ............................................................................................................. iii
LEMBAR PERSETUJUAN.................................................................................... v
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... vi
SANWACANA ...................................................................................................... xi
DAFTAR ISI ........................................................................................................ xiv
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xvi
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xix
1
2
PENDAHULUAN ........................................................................................... 1
1.1
Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2
Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.3
Manfaat Penelitian .................................................................................... 3
1.4
Perumusan Masalah .................................................................................. 4
1.5
Batasan Masalah ....................................................................................... 4
1.6
Hipotesis ................................................................................................... 5
1.7
Sistematika Penulisan ............................................................................... 5
TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 7
2.1
Unmanned Surface Vehicle (USV) ........................................................... 7
2.2
Sistem Navigasi ........................................................................................ 9
2.2.1
Sistem Autopilot (Waypoint) ........................................................... 11
xv
2.2.2
3
4
METODE PENELITIAN .............................................................................. 15
3.1
Waktu dan Tempat ................................................................................. 15
3.2
Alat dan Bahan ....................................................................................... 15
3.3
Spesifikasi Alat....................................................................................... 16
3.4
Spesifikasi Sistem................................................................................... 17
3.5
Metode Penelitian ................................................................................... 17
3.5.1
Diagram Alir Penelitian .................................................................. 17
3.5.2
Perancangan Model Sistem ............................................................. 19
3.5.3
Perancangan Perangkat Keras (Hardware) ..................................... 20
3.5.4
Pengujian Sistem ............................................................................. 27
3.5.5
Analisa dan Kesimpulan ................................................................. 29
3.5.6
Pembuatan Laporan ......................................................................... 29
HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................... 30
4.1.
Hasil........................................................................................................ 30
4.1.1.
Unmanned Surface Vehicle (USV) .................................................. 30
4.1.2.
Pengujian Sensor dan Telemetry ..................................................... 33
4.1.3.
Pengujian Sistem First Person View (FPV) .................................... 41
4.1.4.
Pengujian Sistem Autopilot ............................................................. 42
4.2.
5
First Person View (FPV)................................................................. 13
Pembahasan ............................................................................................ 63
4.2.1.
Sistem Navigasi pada Unmanned Surface Vehicle (USV) .............. 63
4.2.2.
Pengujian Misi Autopilot ................................................................ 65
SIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 68
5.1
Simpulan ................................................................................................. 68
5.2
Saran ....................................................................................................... 68
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 74
LAMPIRAN .......................................................................................................... 72
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2-1 Contoh Unmanned Surface Vehicle (USV) ......................................... 8
Gambar 2-2 USV system architecture [Dunbabin M. (2009)] ................................ 9
Gambar 2-3 Global Positioning System (GPS) (sumber : www.rctimer.com) ..... 10
Gambar 2-4 Contoh penggunaan sistem Autopilot (waypoint) ............................. 11
Gambar 2-5 Pergerakan dan Orientasi Kapal [Halvorsen.H (2008)] .................... 13
Gambar 2-6 Perlengkapan First Person View (FPV)............................................ 14
Gambar 3-1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 18
Gambar 3-2 Diagram blok keseluruhan sistem ..................................................... 19
Gambar 3-3 Sketch Hull Catamaran ..................................................................... 20
Gambar 3-4 USV dengan Hull Catamaran ........................................................... 21
Gambar 3-5 Blok Diagram Sistem Navigasi USV ................................................ 22
Gambar 3-6 Diagram alir sistem waypoint ........................................................... 23
Gambar 3-7 Diagram Alir Position Hold .............................................................. 24
Gambar 3-8 Blok Diagram Sistem FPV................................................................ 25
Gambar 3-9 Flight Plan Editor ............................................................................. 25
Gambar 3-10 Information View ............................................................................ 26
Gambar 3-11 Primary Flight Display ................................................................... 27
Gambar 4-1 Unmanned Surface Vehicle’s Electronics ......................................... 30
Gambar 4-2 Remote Turnigy 9X ........................................................................... 33
Gambar 4-3.(a). Roll ke kanan 30º. (b). Roll ke kiri 30º ....................................... 34
Gambar 4-4.(a). Bow Up 30º. (b). Bow Down 30º ................................................ 35
xvii
Gambar 4-5.(a). Compass 290º. (b). Compass 190º.............................................. 36
Gambar 4-6 Tampilan utama U-Center................................................................. 37
Gambar 4-7. Akurasi GPS skala 5 meter .............................................................. 38
Gambar 4-8 Sky View (a) dan Satellite Position (b) Pengujian pertama .............. 38
Gambar 4-9 Akurasi GPS skala 4 meter ............................................................... 39
Gambar 4-10 Skyview dan Satellite Position pengujian ke 2 ................................ 40
Gambar 4-11. Pengujian Sistem Telemetry........................................................... 41
Gambar 4-12 Pengiriman Data Telemetry............................................................. 41
Gambar 4-13 Pengujian Sistem FPV Indoor (a) dan Outdoor (b) ........................ 42
Gambar 4-14 Dry Test USV ................................................................................. 42
Gambar 4-15 Pengujian DryTest Flight Data ....................................................... 43
Gambar 4-16 Lokasi uji perairan pada Google Earth Pro .................................... 44
Gambar 4-17 Gambar Initial Parameter Ardurover ............................................. 44
Gambar 4-18 Flight Plan misi pertama ................................................................ 45
Gambar 4-19 GPS Tracking Misi Pertama ........................................................... 46
Gambar 4-20 GPS Tracking Google Earth Pro misi pertama. ............................. 47
Gambar 4-21 Grafik Error Radius Misi Pertama ................................................. 48
Gambar 4-22 Flight Plan Misi Kedua .................................................................. 48
Gambar 4-23 Flight Data Misi Kedua .................................................................. 49
Gambar 4-24 GPS Tracking Google Earth Pro misi kedua ................................. 49
Gambar 4-25 Grafik Error Radius Misi Kedua .................................................... 51
Gambar 4-26 Flight Plan Misi Ketiga .................................................................. 51
Gambar 4-27 Flight Data Misi Ketiga .................................................................. 52
Gambar 4-28 GPS Tracking Google Earth Pro misi ketiga ................................. 52
Gambar 4-29 Grafik Error Radius Misi Ketiga .................................................... 53
Gambar 4-30 Flight Plan Misi Keempat .............................................................. 54
xviii
Gambar 4-31 Flight Data Misi Keempat .............................................................. 55
Gambar 4-32 GPS Tracking Google Earth Pro misi keempat ............................. 55
Gambar 4-33 Grafik Error Radius Misi Keempat ................................................ 56
Gambar 4-34 Flight Plan Misi Kelima ................................................................. 57
Gambar 4-35 Flight Data Misi Kelima................................................................. 58
Gambar 4-36 GPS Tracking Google Earth Pro misi kelima ................................ 58
Gambar 4-37 Grafik Error Radius Misi Kelima ................................................... 59
Gambar 4-38 Flight Plan Misi Keenam ............................................................... 60
Gambar 4-39 Flight Data Misi Keenam ............................................................... 61
Gambar 4-40 GPS Tracking Google Earth Pro misi keenam .............................. 61
Gambar 4-41 Grafik Error Radius Misi Keenam ................................................. 62
MENGESAHKANT
Tim Penguji
Ketua
:
Dn
Sekretaris
:
ll{. Komartdin, M.T.
Penguji
Bukan Pembimbing
: SyaihlAlrryS.T.,
h.:,
Sri Ratna Sulistiyantl, M.T.
l[.T.
Fakuttas Teknik Universitas Larpung
6_%
aaffi
qgof
I\
\
?rurrurr$
{i'utrA
fr Suharno, M.Sc., Ph.I). '. t9620717 198703 IOOZ
ff
tu
AL
SURAT PERI\TYATAAI\I
Deoga ini saya menyatakan bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri. Adapun
kuya onmg lain yang terdapat dalarn skripsi ini telah dicantumkan sumbemya
pada daftar pustaka.
Apabila pemyataan saya tidak benm maka saya bersedia dikenai sanksi sesuai
&ngan hukum yang berlaku.
Bandar Lampung, 23 Oktober 2015
Muhammad Jerry Jeliandra Suja
NPM. 1015031045
Judul Skripsi
SISITM NAVIGASI PADA IINMANNID STIRIACB
YEHICTE UNTTK PEMANTAUAI{ KONDISI DAERAH
PERAIRAN
Nama Mahasiswa
*hMteqtcfu{raqit
Nomor Pokok Mahasiswa
1015031045
Program Studi
Teknik Elekho
Fakultas
Teknik
MENVBiTUJTN
... ri: ,
l. Komisi F,embimbing
Dn In Sri
NIP. 1965
I
Sulistiyanti, llLT.
t99512 2 001
MP. 19681207 199603 1003
2. Ketua Jurusan Teknik Elektro
NrP. 19680809 199903
I
001
MOTTO
PERSEMBAHAN
Dengan Ridho Allah SWT, teriring shalawat kepada Nabi Muhammad SAW
Karya tulis ini kupersembahkan untuk:
Ayah dan Ibuku Tercinta
H. M. Jan Jan Suja M.M., Akp. dan Ir. Elly Rosnarita M.Si
Kakak dan adikku Tersayang
Monica Dara Delia Suja S.Keb & M. Farrel Ghifary Suja
Teman-teman kebanggaanku
Rekan-rekan Jurusan Teknik Elektro
Almamaterku
Universitas Lampung
Bangsa dan Negaraku
Republik Indonesia
Terima-kasih untuk semua yang telah diberikan kepadaku. Jazzakallah Khairan.
PERSEMBAHAN
Dengan Ridho Allah SWT, teriring shalawat kepada Nabi Muhammad SAW
Karya tulis ini kupersembahkan untuk:
Ayah dan Ibuku Tercinta
H. M. Jan Jan Suja M.M., Akp. dan Ir. Elly Rosnarita M.Si
Kakak dan adikku Tersayang
Monica Dara Delia Suja S.Keb & M. Farrel Ghifary Suja
Teman-teman kebanggaanku
Rekan-rekan Jurusan Teknik Elektro
Almamaterku
Universitas Lampung
Bangsa dan Negaraku
Republik Indonesia
Terima-kasih untuk semua yang telah diberikan kepadaku. Jazzakallah Khairan.
SANWACANA
Bismillahirahmanirrahim…
Alhamdulillahirobbil alamin...
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. karena atas berkat rahmat
dan hidayah-Nya lah yang telah memberi kekuatan dan kemampuan berpikir
kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir pada waktu yang
tepat.
Skripsi berjudul “ Sistem Navigasi pada Unmanned Surface Vehicle untuk
Pemantauan Kondisi Daerah Perairan”
telah berhasil diselesaikan. Dan
merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada
jurusan Teknik Elektro di Universitas Lampung.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan baik ilmu,
materiil, petunjuk, masukan dan saran dari berbagai pihak untuk menyelesaikan
tugas akhir ini tanpa adanya hambatan. Oleh karena itu dalam kesempatan kali ini
penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1.
Prof. Suharno, M.Sc, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik.
2.
Agus Trisanto, Ph. D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
3.
Herlinawati, S.T.,M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro
4.
Dr.Sri Ratna Sulistiyanti M.T. sebagai Pembimbing utama Tugas Akhir ini
dan sekaligus ibu kami di Laboratorium Teknik Elektronika yang telah
memberikan masukan, saran, bantuan baik materi maupun nonmateri.
5.
M. Komarudin M.T. selaku Pembimbing pendamping yang selalu
memberikan arahan dan koreksi pada saat penelitian tugas akhir ini.
6.
Syaiful Alam, S.T., M.T.. sebagai Penguji Tugas Akhir, yang telah
memberikan masukan, saran serta kritikan yang bersifat membangun dalam
Tugas Akhir ini.
xii
7.
Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung, yang berjasa
dalam memberikan materi dari awal perkuliahan sampai akhir dan
pembentukan moral kepada mahasiswa
8.
Kedua orang tua penulis yang sangat dicintai dan disayangi, sebagai
motivator terbesar penulis, sebagai alasan terbesar kesuksesan penulis, yang
telah memberikan do’a, usaha, dukungan moril, cinta dan kasih sayang
sehingga penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir nya sebagai seorang
mahasiswa
9.
Monica Dara Delia Suja dan M. Farel Ghifary Suja sebagai saudara kandung
yang telah mensupport dan menemani penulis.
10.
Rizki Triyani Sinaga yang tiada hentinya memotivasi penulis agar selalu
semangat.
11.
Teman seperjuangan Yudi Eka Putra, Andri Gunawan dan M. Yusuf
Tamtomi yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.
12.
Seluruh punggawa dan penghuni Laboratorium Teknik Elektronika terutama
Kak Agung, Kak Ridho, Kak Rudi, Kak Nadhir, Kak Rudi HH, Mbak
Layla, Rendy, Khoirul, Victor, Afrizal, Frisky, Abidin, Reza, Subastian,
Eliza, Winal, Sivam, Faizun, Yogi, Gusti, Bella, Desi, Windy,
Hafizulahudim. Arif, Nando, Roy, Reza, dan Ridho yang telah mengisi dan
memberikan canda tawa nya serta kehangatan di dalam keluarga
Laboratorium Teknkik Elektronika.
13.
Seluruh Asisten Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas
Lampung khususnya Aji, Seto, Sam, Afrizal, Melzi, Rahmad, Reza, Devy,
Nanang, Maulana, Jaya, Haki, Dirya, Penceng, Kak Cipo, Oka, Ipin, Ayu,
Kiki, Kak Aris A, Fendi, Yusuf, Harry, Mbak Ranny, Mbak Mardiyah,
Irvika, Najib, Didi, dan lainnya atas dukungan dan bantuannya.
14.
Teman-teman se-angkatan Elektro 2010 EE’Amubaubau : Jaya, Melzi,
Victor, Rahmad, Anwar, Yudi, Andri, Yusuf, Mahendra, Maulana, Nanang,
Joe, Aji, Sam, Seto, Afrizal, Devy, Ayu, Kiki, Novia, Muth, Dian, Lukman,
Irvika, Danny, Sofyan, Saiful dan lainnya yang tidak bisa penulis sebutkan
satu persatu atas kebersamaan dan kehangatan keluarga yang diberikan dari
xiii
awal masuk perkuliahan, saat pengerjaan tugas akhir, hingga akhir
perkuliahan di Jurusan Teknik Elektro ini.
15.
Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro dan anggota-anggota lainnya atas
pelajaran organisasi yang diberikan.
16.
Keluarga Beswan DSO Lampung terutama Angkatan 28, Yayang Rusdiana
S.T., dr. Nurulando Imansyah Budi Perkasa, Mahendra Pratama S.T.,
Hermawan Santoso, Rizky Kurnia Wijaya, Miftah, Dwi, Kiki dan adik adik
angkatan 29 Rifka, Muflikha, Vianna, Gusmau, Helmy dan lainnya atas
kebersamaannya dalam seluruh acara beasiswa beswan djarum.
17.
Mbak Ning, Mas Daryono dan seluruh jajarannya atas semua bantuannya
dalam menyelesaikan urusan administrasi di Jurusan Teknik Elektro
Universitas Lampung.
18.
Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah
membatu penulis dalam menuntaskan kewajibannya sebagai mahasiswa.
19.
Almamater Universitas Lampung yang telah mengisi cerita hidup selama
menjadi mahasiswa
Semoga Allah SWT membalas kebaikan semua pihak yang telah membantu dalam
penyelesaian Tugas Akhir ini.
Penulis meminta maaf atas segala kesalahan dan ketidaksempurnaan dalam
penulisan Tugas Akhir ini. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis
harapkan demi kebaikan dan kemajuan di masa mendatang.
Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak, dan dapat
menambah khasanah ilmu pengetahuan.
Bandar Lampung, 23 Oktober 2015
Penulis,
Muhammad Jerry Jeliandra Suja
1
1.1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Daerah perairan, khususnya sungai,
memiliki peranan penting untuk
kehidupan manusia. Manfaat sungai antara lain untuk irigasi, bahan baku air
minum, sarana olahraga, sebagai jalur trasportasi, dan sebagai tempat PLTA
maupun penelitian. Jika daerah ini tidak dipergunakan dengan baik maka
sungai tidak dapat berfungsi sebagai mana mestinya. Untuk mencegah hal
tersebut, maka ada baiknya jika dilakukan pemantauan dan pengukuran
secara berkala untuk beberapa parameter yang dapat memberi tanda atau
peringatan dini terhadap ketidak normalan yang terjadi daerah ini sehingga
dapat dilakukan antisipasi secara tepat dan cepat.
Penelitian tentang pengukuran parameter keadaan sungai sudah ada
beberapa yang dikembangkan misalnya : Pengukuran parameter badan air
sungai Adi S (2008) tentang pengukuran parameter seperti suhu,
konduktivitas, oksigen terlarut (DO), turbiditas (kekeruhan) secara insitu
dengan memasang sensor-sensor seperti sensor suhu, kadar keasaman (pH),
sensor konduktivitas dan turbiditas dari Hanna Instrument. Pengukuran
yang dilakukan masih tergolong sulit karena penempatan sensor yang
terbatas jaraknya, sehingga pengukuran hanya dapat dilakukan di tepian
sungai saja. Penempatan sensor pada bagian tepi sungai tentunya tidak dapat
2
mewakili nilai sebenarnya dari suatu penampang sungai. Semakin lebar
penampang sungai semakin tidak mewakili hasil dari pemantauan statis di
tepi sungai. (Adi S, 2008)
Audli R (2014) meneliti tentang pengukuran 9 titik kecepatan aliran sungai
(open channel) dengan menggunakan sensor kecepatan aliran yang
dibuatnya, menghasilkan bahwa semakin mengarah ke dalam sungai,
kecepatan aliran sungai semakin tinggi, sebaliknya, semakin mengarah ke
dasar dan ke tepi sungai, kecepatan aliran semakin rendah. Penelitian yang
dilakukan Audli R (2014) juga belum dapat mewakili keadaan sungai
sebenarnya karena pengukuran hanya di 9 titik pada sungai dan terkendala
pada jarak telemetri yang hanya dapat melakukan pengiriman data dengan
jarak 20 meter. Cara yang telah dilakukan pada penelitian tersebut kurang
efektif karena harus langsung terjun ke dalam sungai untuk pemasangan
sensor dan memiliki tingkat bahaya yang cukup besar.
Diperlukan suatu alat atau wahana yang dapat menggantikan posisi
manusia, yang dapat memudahkan pekerjaan manusia dalam pemantauan
kondisi sungai. Unmanned Surface Vehicle (USV) merupakan sebuah
wahana alternatif yang digunakan untuk memantau daerah perairan dengan
biaya yang lebih murah (low cost) dan memiliki tingkat bahaya yang lebih
rendah karena dapat dioperasikan melalui Remote Control (RC) maupun
secara autonomous. USV ini mengirimkan data-data yang diukur ke Ground
Control Station (GCS) yang berada didarat menggunakan sistem telemetri.
Diperlukan suatu sistem navigasi yang bertujuan untuk memudahkan USV
dalam melakukan pemantauan kondisi daerah perairan.
3
Teknologi pada USV sebelumnya telah banyak dikembangkan dan
diterapkan di dunia militer antara lain sebagai kapal mata-mata dan juga
dikembangkan oleh negara-negara tetangga kita untuk melakukan penelitian
di laut maupun sungai. USV tersebut dapat melakukan tugas tugas tertentu
sesuai dengan yang diharapkan.
Saat ini Universitas Lampung sedang mengembangkan teknologi USV yang
berfokus pada pemantauan daerah perairan. Dengan dukungan perangkat
Global Positioning System (GPS) dan mikrokontroller ArduPilot Mega
(APM) diharapkan USV dapat dikendalikan secara otomatis mengikuti
waypoint yang ditentukan pada Ground Control Station (GCS) dan dengan
mudah melakukan pengukuran parameter kondisi perairan seperti kondisi
daerah sekitar aliran sungai, suhu, kecepatan aliran air, kadar keasaman
(pH), kedalaman, dan lain lain.
1.2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan sistem navigasi
pada USV untuk pemantauan kondisi daerah perairan sehingga USV dapat
mengikuti waypoint dan melakukan pengukuran di lokasi tersebut.
1.3
Manfaat Penelitian
1. Dapat digunakan sebagai wahana untuk memantau daerah perairan
secara autonomous
4
2. Mempermudah dalam melakukan pengukuran parameter kondisi
perairan (suhu, pH, kecepatan aliran, dan lainnya) di beberapa lokasi
perairan
3. Mempermudah dalam pengoperasian USV (Otomatisasi USV)
4. Dapat dikembangkan lebih lanjut untuk penelititian USV
1.4
Perumusan Masalah
Mengacu pada permasalahan yang ada, maka perumusan perancangan ini
difokuskan pada askpek berikut :
1. Bagaimana membuat sistem navigasi pada USV sehingga dapat
dikendalikan secara Autonomous / Otomatis ?
2. Bagaimana
perancangan
dan
pembuatan
sistem
navigasi
menggunakan Mikrokontroler ArduPilotMega (APM) ?
3. Bagaimana USV dapat menuju titik koordinat waypoint yang
diinginkan?
4. Bagaimana kamera pada USV dapat menampilkan video First
Person View (FPV) secara real time?
1.5
Batasan Masalah
Dalam perancangan dan implementasi sistem ini, terdapat batasan masalah
seperti berikut :
1. Sistem navigasi akan menggunakan APM sebagai Mikrokontroller
dengan
firmware
pengiriman datalink
ArduRover
dan
sistem
telemetri
untuk
5
2. Deteksi posisi, waypoint, hanya menggunakan GPS U-Blox Neo 6
V.3 dan Digital Compass CMPS10 dengan bantuan perangkat
lunak Mission Planner
3. Kamera pada USV hanya digunakan untuk First Person View
(FPV)
4. Pengiriman data kamera menggunakan video sender analog 5.8
Ghz.
5. Tidak membahas lebih lanjut tentang pengukuran parameter daerah
perairan.
1.6
Hipotesis
Sebuah Unmanned Surface Vehicle (USV) dapat melakukan pergerakan ke
posisi tertentu (waypoint) dengan acuan GPS sebagai sensor posisi untuk
dapat melakukan pemantauan kondisi daerah perairan.
1.7
Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan penulisan dan pemahaman mengenai materi tugas akhir
ini, maka tulisan ini dibagi menjadi lima bab, yaitu
BAB I
Pendahuluan
Memuat latar belakang, tujuan, manfaat, perumusan
masalah, batasan masalah, hipotesis dan sistematika
penulisan
BAB II
Tinjauan Pustaka
Berisi teori-teori yang mendukung dalam perancangan dan
realisasi rancang Unmanned Surface Vehicle (USV), sistem
navigasi, dan First Person View (FPV)
6
BAB III
Metode Penelitian
Berisi rancangan sistem navigasi, meliputi alat dan bahan,
langkah-langkah pengerjaan yang akan dilakukan,
penentuan spesifikasi rangkaian, blok diagram rangkaian,
cara kerjanya, dan masing-masing bagian blok diagram
BAB IV
Hasil dan Pembahasan
Menjelaskan prosedur pengujian, hasil pengujian dan
analisis
BAB V
Simpulan dan Saran
Memuat simpulan yang diperoleh dari pembuatan dan
pengujian alat, dan saran-saran untuk pengembangan lebih
lanjut.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
2
2.1
TINJAUAN PUSTAKA
Unmanned Surface Vehicle (USV)
Unmanned Surface Vehicle (USV) atau Autonomous Surface Vehicle (ASV)
merupakan sebuah wahana tanpa awak yang dapat dioperasikan pada
permukaan air. (Wikipedia, 2008). USV dikendalikan otomatis dengan
memberikan perintah-perintah seperti waypoint, melalui Ground Control
Station (GCS). USV dapat mengirimkan data-data dan mengirimkannya ke
GCS secara realtime melalui sistem telemetri.
USV dapat digunakan selain sebagai kapal riset juga dapat digunakan
sebagai kapal survey, inspeksi keadaan sekitar sungai, survey seismic,
operasi penyelamatan dan lain lain. Pemanfaatan USV untuk menjadi kapalkapal riset sudah dilakukan di beberapa negara, sebagian besar melakukan
penelitian di sungai maupun laut lepas secara otomatis, sehingga mereka
hanya mengolah data yang dikirim dari USV ke Ground Control Station
(GCS). Indonesia merupakan salah satu negara yang sedang banyak
melakukan penelitian mengenai Unmanned Surface Vehicle, beberapa
penelitian tentang perancangan dan implementasi
Unmanned Surface
Vehicle yaitu dilakukan oleh Nugroho, G.N. (2011) mengenai perancangan
streering sebuah Unmanned Surface Vehicle, dihasilkan sebuah perhitungan
8
yang dapat digunakan dalam mendesain sistem steering dalam hal ini rudder
pada sebuah Unmanned Surface Vehicle.
Gambar 2-1 Contoh Unmanned Surface Vehicle (USV)
(sumber : Jurnal Teknik ITS, Siswandi.B (2012))
Calce A. (2012) membuat penelitian tentang pembuatan rc motorboats
yang dimodifikasi sehingga menjadi Unmanned Surface Vehicle (USV)
dengan penambahan mikrokontroller Arduino, GPS, Compass Module
HMC6352, USB QuickCam Logitech dan komunikasi data menggunakan
wireless 802.11g. Hasil dari penelitian yang dilakukan oleh Calce A.
(2012) yaitu saat percobaan prototype ini akan melaksanakan perintah
terakhir hingga selesai, menerima perintah lain sampai baterai habis, akan
tetapi perintah akan bermasalah jika USV hilang kontak dengan base
station karena terlalu jauh dari titik awal atau karena sinyal terhalang oleh
sesuatu.
Penelitian tentang USV yang digunakan untuk memantau kualitas air
dilakukan oleh Dunbabin M. (2009) menghasilkan bahwa USV mampu
bernavigasi melewati tempat penampungan air pedalaman yang kompleks.
9
Tipe USV Catamaran yang telah dimodifikasi tenaga matahari ini mampu
mendapatkan informasi kualitas air di seluruh lokasi saat bergerak. Pada
USV ini terintegrasi sensor posisi GPS, Laser Scanners, sonars dan
kamera yang dapat memudahkan dapat pengoperasian USV di lingungan
air yang dangkal dan belum diketahui peta dan juga dapat menghindari
rintangan yang diam maupun bergerak. USV dapat mengambil sampel air
dan dapat beroperasi di berbagai kondisi cuaca maupun malam hari. USV
dapat dikatakan telah melengkapi survei pemantauan yang dilakukan
secara manual dengan kelebihan dapat melakukan pengukuran di tempat
penyimpanan air dengan jarak ratusan kilometer dari survey yang sudah
dilakukan sebelumnya.
Gambar 2-2 USV system architecture [Dunbabin M. (2009)]
2.2
Sistem Navigasi
Navigasi adalah ilmu pengetahuan dalam menentukan posisi kapal di laut
dengan mengemudikan (steering) kapal secara aman dari suatu tempat ke
tempat lain. Sistem navigasi biasanya terdiri dari beberapa perangkat digital
maupun analog, untuk yang analog biasanya dilengkapi dengan kompas
10
analog yang dapat mengetahui arah mata angin yang berguna sebagai acuan
arah kapal, untuk perangkat digital sudah terdapat GPS atau Global
Positioning System yaitu sebuah perangkat yang dapat menerima lokasi
keberadaan kapal dengan mengacu pada satelit yang bergerak mengitari
bumi. GPS menerima data yang dikirim dari satelit berupa data NMEA
0183. NMEA (National Marine Electronics Association) adalah standar
yang digunakan dalam pengiriman data gps yang berupa protokol data, garis
lintang, garis bujur, ketinggian, dan waktu.
Gambar 2-3 Global Positioning System (GPS)
(sumber : www.rctimer.com)
Kompas digital juga tergolong perangkat digital dimana pemakaiannya
harus diintegrasikan kembali pada sebuah sistem sehingga pembacaan arah
mata angin dapat dilakukan dan dapat mengetahui arah kapal.
Perbani C. (2014) melakukan penelitian dengan judul Pembangunan
Sistem Penetuan Posisi dan Navigasi berbasiskan sistem Unmanned
Surface Vehicle (USV) untuk survei Batimetri dengan spesifikasi alat yang
digunakan antara lain USV dengan penggerak Motor Brushless, Ardupilot
11
Mega, sensor GPS, dan sistem Telemetry. Perbani C. menyimpulkan
bahwa wahana apung yang dihasilkan memiliki daya apung baik dan lebih
stabil jika dimuati dengan beban, telemetri navigasi bekerja dengan
maksimum jarak 5 s.d. 10 kilometer line of sight dengan kualitas
pengiriman data rata-rata diatas 90%, sistem penjajakan GPS berjalan
dengan baik, sistem Auto Navigation / Auto Pilot belum bekerja dengan
sempurna, wahana bergerak secara otomatis menuju waypoint yang
ditentukan, tetapi gerakan wahana tidak stabil.
2.2.1
Sistem Autopilot (Waypoint)
Pergerakan kapal yang otomatis termasuk kedalam suatu sistem navigasi.
Sistem ini dinamakan Autopilot atau biasa juga disebut dengan waypoint.
Sistem Autopilot akan membuat sebuah kapal, dalam hal ini USV, bergerak
secara teratur mengikuti titik tuju (waypoint) yang telah diatur pada
Ground Control Station.
Gambar 2-4 Contoh penggunaan sistem Autopilot (waypoint)
12
Gambar 2.4 memperlihatkan penggunaan sistem Autopilot dengan
memberikan beberapa titik-tuju (waypoint). Wahana yang digunakan akan
mengikuti jalur yang telah dihubungkan dari masing-masing titik-tuju
(waypoint).
Penelitian sistem navigasi telah dilakukan juga oleh Prasetyo H.P. (2012)
tentang Perancangan Sistem Navigasi pada Kapal (MCST-1 Ship
Autopilot) untuk mendukung sistem Autopilot. Perancangan sistem yang
menggunakan sebuah USV MCST-1, GPS, Compass, Sensor Ultrasonik
dan mikrokontroller ini menghasilkan bahwa perancangan yang dilakukan
menggunakan data masukan berupa sinyal GPS dengan format NMEA
0183 versi 2 $GPGGA dan $GPRMC dan dapat menampilkan tampilan
garis lintang dan bujur. Prasetyo H.P. (2012) juga mengemukakan bahwa
perancangan sensor jarak dengan menggunakan sensor ultrasonic dari
range 1cm hingga 300cm memiliki persentase akurasi rata-rata sebesar
0.245 dan perancangan pengukuran arah mata angin menggunakan sensor
kompas CMPS-03 memiliki tingkat error rata-rata 1.939% dan tingkat
akurasi 98.06%. Peletakan sensor kompas berpengaruh jika didekatkan
dengan motor penggerak karena adanya interferensi dari motor dalam
bentuk medan-elektromagnetik.
Penelitian Taufik A.S. (2013) tentang Sistem Navigasi Waypoint pada
Autonomous Mobile Robot menjelaskan bahwa modul CMPS03 Magnetic
Compass memiliki akurasi sebesar ±4º, Modul PMB-688 GPS receiver
memiliki akurasi sebesar 6,6 meter (radius), dan Sistem navigasi waypoint
13
mampu mengatur gerak autonomous mobile robot dalam pencapaian posisi
tujuan dengan akurasi sebesar 11 meter (radius).
Navigasi pada USV juga meliputi pergerakan arah dan orientasi kapal laut.
Gambar 2.4 menunjukan bahwa pergerakan kapal laut terdiri dari 3axis
yaitu X, Y, dan Z.
Jika kapal mengarah ke arah sumbu X maka dinamakan surge dan apabila
terjadi pergerakan atau rotasi pada sumbu X maka dinamakan roll. Kapal
laut akan melakukan pergerakan sway jika kapal tersebut bergerak ke arah
sumbu Y dan jika berputar pada sumbu Y maka dinamakan pitch. Jika
kapal mengarah ke sumbu Z maka dinamakan pergerakan heave jika
perputaran atau rotasi terjadi pada sumbu Z maka dinamakan yaw.
Gambar 2-5 Pergerakan dan Orientasi Kapal [ Halvorsen.H (2008)]
2.2.2
First Person View (FPV)
First-person View (FPV) atau dikenal juga dengan Remote-person View
(RPV) merupakan metode yang digunakan untuk mengontrol sebuah
14
wahana atau kendaraan radio control dari sudut pandang pilot. Sebagian
besar FPV digunakan untuk wahana udara tak berawak (UAV) atau
pesawat yang memakai radio control. Dengan kamera yang diletakkan
tersebut kita dapat merasakan seolah-olah kita berada di dalam wahana
tersebut dan melakukan pengendalian wahana dengan mudah. Pergerakan
wahana tetap dikendalikan oleh operator secara manual, dengan adanya
FPV maka operator dapat mengetahui arah, kondisi sekitar maupun lokasi
yang dituju.
Terdapat dua sistem utama dalam penggunaan FPV yaitu komponen
perekam diudara dan ground station atau komponen yang berada didarat.
Biasanya FPV menggunakan kamera dan video transmitter analog di
bagian komponen perekam diudara, dan menggunakan video receiver dan
display pada bagian komponen ground station. Tambahan lain untuk FPV
yaitu dapat menambahkan On Screen Display (OSD) yaitu sebuah media
informasi yang didapat langsung pada layar display, menampilkan
Navigasi GPS dan data penerbangan, kestabilan sistem dan sistem
Autopilot.
Gambar 2-6 Perlengkapan First Person View (FPV)
3
3.1
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian dan perancangan tugas akhir dilaksanakan mulai Januari 2015
sampai Juni 2015, bertempat di Laboratorium Teknik Elektronika,
Laboratorium Terpadu Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro Universitas
Lampung
3.2
Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian dan perancangan tugas akhir ini
antara lain :
a. 1 Unit Electric Roboboat (USV)
b. ArduPilotMega (APM) 2.6
c. Perangkat lunak Mission Planner
d. GPS U-Blox CN06-V3
e. Digital Compass CMPS10
f. First Person View (FPV) Camera BOSCAMM
g. Transmitter dan Receiver FPV (video sender) AOMWAY 5.8 GHz
h. FPV Monitor 7”
i. 3DR Telemetry Kit 915 MHz
j. Baterai Lithium-Polimer 6S 22.2 V 5000mAh 30C
16
k. 1 Unit Remote Control Turnigy 9x 2.4Ghz
l. Laptop Acer V5-471PG
3.3
Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat yang digunakan adalah sebagai berikut :
a. Unmanned Surface Vehicle yang digunakan yaitu tipe electric
Roboboat
dengan
tipe
hull
Catamaran,
sistem
propulsi
menggunakan motor brushless Leopard tipe 4084-1200kV, ESC
Seaking 180A Water Cooled, flexshaft, strut shaft, double rudder,
propeller tipe 450, dan servo HK-1928B.
b. Pengendali USV menggunakan ArduPilot Mega 2.6 dengan
firmware ArduRover sebagai penentu waypoint Autopilot.
c. Pengendali sekunder dengan menggunakan Remote Control
Turnigy 9x 2.4 Ghz
d. GPS Ublox- Neo 6 V.3 dan CMPS10 sebagai sensor posisi dan
penentu lokasi USV.
e. Telemetri kit 3DR 915 MHz sebagai pengiriman data nirkabel.
f. Kamera FPV BOSCAM dan sistem pengiriman data berupa video
dengan menggunakan video sender.
g. Laptop Acer V5-471PG sebagai media pemrograman dan penampil
data.
17
3.4
Spesifikasi Sistem
Spesifikasi sistem yang digunakan pada penelitian ini antara lain :
a. Sistem navigasi memiliki dua mode. Mode pertama mampu
mengikuti waypoint atau titik tuju yang telah di program pada
perangkat lunak Mission Planner dan dapat melakukan Position
Hold pada waypoint. Mode kedua apabila terjadi error pada USV
sehingga tidak sesuai titik tuju yang diinginkan maka pengendalian
akan dialihkan menggunakan Remote control.
b. Mampu menampilkan video yang direkam oleh Kamera FPV
secara realtime pada Monitor FPV menggunakan video sender.
3.5
Metode Penelitian
Pada penelitian dan perancangan tugas akhir ini, langkah-langkah kerja
yang dilakukan adalah sebagai berikut :
3.5.1
Diagram Alir Penelitian
Diagram alir penelitian ini dibuat untuk memperjelas langkah-langkah
kerja yang akan dilakukan dalam penelitian.
18
Mulai
Konsep / Ide
Perancangan
Sistem
Studi Literatur
Penentuan
Spesifikasi Sistem
Apakah
Tersedia ?
Perancangan
Sistem
Pengujian Sistem
Apakah
Berhasil ?
Pengambilan Data
Analisis
Kesimpulan
Selesai
Gambar 3-1 Diagram Alir Penelitian
19
3.5.2
Perancangan Model Sistem
Secara keseluruhan sistem dapat dilihat pada gambar 3.2
Gambar 3-2 Diagram blok keseluruhan sistem
Keseluruhan sistem dapat dilihat pada gambar 3.2. Terdapat beberapa sub
sistem antara lain navigation system yang terdiri dari GPS, Kompas, dan
FPV kamera yang diolah pada Mikrokontroller unit APM. Pentransmisian
data navigasi menggunakan UART (Universal Asynchronous Receiver
Transmitter) dengan sistem telemetri yang dikirim ke Ground Control
Station.
20
3.5.3
Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
3.5.3.1 Perancangan Unmanned Surface Vehicle (USV)
Unmanned Surface Vehicle yang digunakan yaitu tipe electric Roboboat
dengan tipe hull Catamaran, sistem propulsi menggunakan motor
brushless Leopard tipe 4078-1200kV, ESC SEAKING 180A Water
Cooled, flexshaft, strut shaft, double rudder, propeller tipe 450, dan servo
Hobby King HK-15298B 30Kg.
LOA (Length Over All) USV
= 100 cm
Lebar USV
= 60 cm
Tinggi USV
= 11 cm
Berat USV
= 4 Kg
Pembuatan hull menggunakan bahan baku triplek dengan ketebalan 5mm
untuk rangka penyusun dan ketebalan 3mm sebagai rangka penutup hull.
Gambar 3.3 memperlihatkan sketch hull Catamaran yang akan dibuat.
Gambar 3-3 Sketch Hull Catamaran
21
Untuk membuat rangka hull menjadi kedap air (waterproof) dibutuhkan
resin untuk melapisi rangka triplek yang akan dibuat. Pelapisan resin
dilakukan berulang-ulang hingga hull tertutup secara keseluruhan.
Gambar 3-4 USV dengan Hull Catamaran
3.5.3.2 Perancangan Sistem Navigasi
Perancangan blok diagram sistem navigasi dibuat untuk mempermudah
dalam realisasi alat yang akan dibuat.
Gambar 3.5 memperlihatkan blok diagram sistem navigasi yang akan
digunakan pada USV. Sensor ultrasonik dan kompas akan menjadi
masukan pada Mikrokontroler yang kemudian akan diolah untuk sistem
navigasi dan sistem penghindaran rintangan. GPS dikoneksikan melalui
slot UART untuk kemudian data dari GPS akan diolah pada MCU dan
dikirim ke Ground Control Station melalui sistem telemetri. Keluaran
sistem navigasi akan mempengaruhi pergerakan servo rudder dan
pengaruh RPM pada motor brushless yang dipakai.
22
Gambar 3-5 Blok Diagram Sistem Navigasi USV
3.5.3.3 Sistem Autopilot (Waypoint)
Pada gambar 3.6 menjelaskan diagram alir dari sistem waypoint yang
digunakan. Setelah inisialisasi dan lock GPS, kita menentukan waypoint
yang akan dituju oleh USV menggunakan perangkat lunak Mission
Planner. Data link yang dihasilkan Mission Planner akan dikirimkan via
telemetri menuju mikrokontroller APM. APM akan menginstruksikan ESC
untuk memberikan arus ke Motor Brushless dan memberikan sinyal PWM
untuk menggerakkan servo. Jika sudah mencapai titik tuju (waypoint)
maka USV akan melakukan Position Hold.
23
MULAI
GPS Lock
GPS, COMPASS,
APM, ESC,
SERVO, GCS
Menentukan
Target waypoint
pada Mission
Planner (GCS)
Datalink GCS
dikirim melalui
telemetri
APM
menginstruksikan
ESC dan SERVO
APM menerima
datalink berupa
waypoint
USV bergerak
menuju waypoint
USV sudah
berada di
waypoint ?
SELESAI
Gambar 3-6 Diagram alir sistem waypoint
3.5.3.4 Position Hold
Position Hold merupakan upaya USV untuk dapat mempertahankan posisi
nya di titik waypoint. Position Hold mengacu pada sensor posisi GPS dan
kompas digital. Sensor GPS akan mengunci lokasi USV dan akan
mempertahankan lokasi tersebut.
24
MULAI
Mengunci Lokasi
Waypoint dan
sudut waypoint
Selisih waypoint dengan
posisi GPS dan selisih
sudut waypoint dengan
kompas
Instruksi APM
memberi sinyal ke
ESC dan Servo
USV menuju
waypoint
Kesalahan
sudut dan arah
sesuai
toleransi ?
SELESAI
Gambar 3-7 Diagram Alir Position Hold
3.5.3.5 Sistem First Person View (FPV)
Perancangan sistem First Person View (FPV) diperlukan untuk dapat
mengimplementasikan sistem yang dibuat.
25
Transmitter
RF FPV
FPV Camera
Receiver RF
FPV
Gambar 3-8 Blok Diagram Sistem FPV
Pada gambar 3.8 dapat dilihat FPV kamera akan dikirim melalui
transmitter 5.8Ghz FPV. Kemudian Receiver 5.8Ghz akan menampilkan
video yang terekam oleh kamera FPV di LCD Monitor 7” FPV.
3.5.3.6 Perancangan perangkat lunak (software)
Perancangan perangkat lunak dibutuhkan agar informasi-informasi yang
didapatkan dari USV dapat dengan mudah ditampilkan pada Ground
Control Station. Perangkat lunak yang digunakan yaitu Mission Planner
3.5.3.7 Flight Plan Editor (Waypoint)
Digunakan dalam penentuan koordinat waypoint yang dijalankan oleh
USV dengan mengacu pada sensor posisi GPS. Data-data yang diterima
oleh GPS diproses melalui mikrokontroler sehingga didapat data untuk
garis lintang dan bujur
Gambar 3-9 Flight Plan Editor
26
3.5.3.8 Information View
Information View digunakan untuk mengetahui kondisi USV di lapangan,
kondisi tersebut meliputi Ketinggian (Altitude), status GPS, serta kondisi
sudut kemiringan kapal (Pitch, Roll, Yaw, dan Heading). Data untuk
information view didapat dari data NMEA 0183 GPS.
Gambar 3-10 Information View
3.5.3.9 Flight Display
Flight display memiliki informasi yang samadengan Information View,
akan tetapi informasi ditampilkan dengan bentuk Graphical User Interface
(GUI). Data didapat dari perubahan nilai accelero dan gyro pada APM.
27
Gambar 3-11 Primary Flight Display
3.5.4
Pengujian Sistem
Uji coba sistem ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan dari
alat yang telah dibuat. Adapun pengujian dilakukan secara perbagian serta
secara keseluruhan, diantaranya adalah :
3.5.4.1 Uji Laboratorium
Pengujian
laboratorium
NAVIGATION SYSTEM ON UNMANNED SURFACE VEHICLE TO
MONITOR WATER AREA CONDITION
By
MUHAMMAD JERRY JELIANDRA SUJA
Water area, especially river, has an important role for human life. To prevent the
damage to that area, it is better if we do the monitoring and measurement
periodically to some of parameters that can give a sign or early warning against
abnormality that occurs in this area, so we can accurately and quickly anticipate.
From this idea, we created an Unmanned Surface Vehicle that is intended to
facilitate monitoring process in water area. USV that we are use is electric USV
equipped with APM 2.5 firmware ardurover as an autopilot system. Autopilot
system on USV covered with Auto mode, Manual mode, Guided mode and Hold
mode. Before USV take the mission, every sensors in this USV are being tested.
Then USV can take the water area mission by making 6 mission with different
waypoints location, so that USV can go towards desired waypoints.
Average error radius obtained from missions is 2.2 meter every waypoints. This
USV also equipped with FPV system so that monitoring process can easily done
by looking at the camera mounted on the USV.
Keywords: Water Area, Roboboat, Unmanned Surface Vehicle (USV), APM 2.5,
FPV System
ABSTRAK
SISTEM NAVIGASI PADA UNMANNED SURFACE VEHICLE UNTUK
PEMANTAUAN KONDISI DAERAH PERAIRAN
Oleh
MUHAMMAD JERRY JELIANDRA SUJA
Daerah perairan, khususnya sungai, memiliki peranan penting untuk kehidupan
manusia. Untuk mencegah kerusakan pada daerah tersebut, maka ada baiknya jika
dilakukan pemantauan dan pengukuran secara berkala untuk beberapa parameter
yang dapat memberi tanda atau peringatan dini terhadap ketidaknormalan yang
terjadi daerah ini sehingga dapat dilakukan antisipasi secara tepat dan cepat.
Atas ide inilah diciptakan sebuah Unmanned Surface Vehicle yang ditujukan
untuk mempermudah proses pemantauan daerah perairan. USV yang digunakan
yaitu USV elektrik yang dilengkapi APM 2.5 dengan firmware ardurover untuk
sistem autopilot. Sistem autopilot pada USV meliputi mode Auto, manual, guided
dan hold. Sebelum USV menjalankan misi, dilakukan pengujian-pengujian
terhadap sensor-sensor yang dipakai. Kemudian pengujian perairan dilakukan
dengan membuat 6 misi dengan letak waypoint yang berbeda sehingga USV dapat
menuju titik waypoint yang diinginkan.
Didapatkan Error radius rata-rata setiap waypoint sebesar 2,2 meter. USV ini juga
dilengkapi dengan sistem FPV sehingga pemantauan dapat lebih mudah dilakukan
dengan melihat kamera yang terpasang pada USV dan ditampilkan pada monitor
7” dengan bantuan video sender.
Kata Kunci: Daerah perairan, Roboboat, Unmanned Surface Vehicle (USV), APM
2.5, Sistem FPV
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2-1 Contoh Unmanned Surface Vehicle (USV) ......................................... 8
Gambar 2-2 USV system architecture [Dunbabin M. (2009)] ................................ 9
Gambar 2-3 Global Positioning System (GPS) (sumber : www.rctimer.com) ..... 10
Gambar 2-4 Contoh penggunaan sistem Autopilot (waypoint) ............................. 11
Gambar 2-5 Pergerakan dan Orientasi Kapal [Halvorsen.H (2008)] .................... 13
Gambar 2-6 Perlengkapan First Person View (FPV)............................................ 14
Gambar 3-1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 18
Gambar 3-2 Diagram blok keseluruhan sistem ..................................................... 19
Gambar 3-3 Sketch Hull Catamaran ..................................................................... 20
Gambar 3-4 USV dengan Hull Catamaran ........................................................... 21
Gambar 3-5 Blok Diagram Sistem Navigasi USV ................................................ 22
Gambar 3-6 Diagram alir sistem waypoint ........................................................... 23
Gambar 3-7 Diagram Alir Position Hold .............................................................. 24
Gambar 3-8 Blok Diagram Sistem FPV................................................................ 25
Gambar 3-9 Flight Plan Editor ............................................................................. 25
Gambar 3-10 Information View ............................................................................ 26
Gambar 3-11 Primary Flight Display ................................................................... 27
Gambar 4-1 Unmanned Surface Vehicle’s Electronics ......................................... 30
Gambar 4-2 Remote Turnigy 9X ........................................................................... 33
Gambar 4-3.(a). Roll ke kanan 30º. (b). Roll ke kiri 30º ....................................... 34
Gambar 4-4.(a). Bow Up 30º. (b). Bow Down 30º ................................................ 35
xvii
Gambar 4-5.(a). Compass 290º. (b). Compass 190º.............................................. 36
Gambar 4-6 Tampilan utama U-Center................................................................. 37
Gambar 4-7. Akurasi GPS skala 5 meter .............................................................. 38
Gambar 4-8 Sky View (a) dan Satellite Position (b) Pengujian pertama .............. 38
Gambar 4-9 Akurasi GPS skala 4 meter ............................................................... 39
Gambar 4-10 Skyview dan Satellite Position pengujian ke 2 ................................ 40
Gambar 4-11. Pengujian Sistem Telemetry........................................................... 41
Gambar 4-12 Pengiriman Data Telemetry............................................................. 41
Gambar 4-13 Pengujian Sistem FPV Indoor (a) dan Outdoor (b) ........................ 42
Gambar 4-14 Dry Test USV ................................................................................. 42
Gambar 4-15 Pengujian DryTest Flight Data ....................................................... 43
Gambar 4-16 Lokasi uji perairan pada Google Earth Pro .................................... 44
Gambar 4-17 Gambar Initial Parameter Ardurover ............................................. 44
Gambar 4-18 Flight Plan misi pertama ................................................................ 45
Gambar 4-19 GPS Tracking Misi Pertama ........................................................... 46
Gambar 4-20 GPS Tracking Google Earth Pro misi pertama. ............................. 47
Gambar 4-21 Grafik Error Radius Misi Pertama ................................................. 48
Gambar 4-22 Flight Plan Misi Kedua .................................................................. 48
Gambar 4-23 Flight Data Misi Kedua .................................................................. 49
Gambar 4-24 GPS Tracking Google Earth Pro misi kedua ................................. 49
Gambar 4-25 Grafik Error Radius Misi Kedua .................................................... 51
Gambar 4-26 Flight Plan Misi Ketiga .................................................................. 51
Gambar 4-27 Flight Data Misi Ketiga .................................................................. 52
Gambar 4-28 GPS Tracking Google Earth Pro misi ketiga ................................. 52
Gambar 4-29 Grafik Error Radius Misi Ketiga .................................................... 53
Gambar 4-30 Flight Plan Misi Keempat .............................................................. 54
xviii
Gambar 4-31 Flight Data Misi Keempat .............................................................. 55
Gambar 4-32 GPS Tracking Google Earth Pro misi keempat ............................. 55
Gambar 4-33 Grafik Error Radius Misi Keempat ................................................ 56
Gambar 4-34 Flight Plan Misi Kelima ................................................................. 57
Gambar 4-35 Flight Data Misi Kelima................................................................. 58
Gambar 4-36 GPS Tracking Google Earth Pro misi kelima ................................ 58
Gambar 4-37 Grafik Error Radius Misi Kelima ................................................... 59
Gambar 4-38 Flight Plan Misi Keenam ............................................................... 60
Gambar 4-39 Flight Data Misi Keenam ............................................................... 61
Gambar 4-40 GPS Tracking Google Earth Pro misi keenam .............................. 61
Gambar 4-41 Grafik Error Radius Misi Keenam ................................................. 62
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRACT ............................................................................................................ ii
ABSTRAK ............................................................................................................. iii
LEMBAR PERSETUJUAN.................................................................................... v
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... vi
SANWACANA ...................................................................................................... xi
DAFTAR ISI ........................................................................................................ xiv
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xvi
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xix
1
2
PENDAHULUAN ........................................................................................... 1
1.1
Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2
Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.3
Manfaat Penelitian .................................................................................... 3
1.4
Perumusan Masalah .................................................................................. 4
1.5
Batasan Masalah ....................................................................................... 4
1.6
Hipotesis ................................................................................................... 5
1.7
Sistematika Penulisan ............................................................................... 5
TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 7
2.1
Unmanned Surface Vehicle (USV) ........................................................... 7
2.2
Sistem Navigasi ........................................................................................ 9
2.2.1
Sistem Autopilot (Waypoint) ........................................................... 11
xv
2.2.2
3
4
METODE PENELITIAN .............................................................................. 15
3.1
Waktu dan Tempat ................................................................................. 15
3.2
Alat dan Bahan ....................................................................................... 15
3.3
Spesifikasi Alat....................................................................................... 16
3.4
Spesifikasi Sistem................................................................................... 17
3.5
Metode Penelitian ................................................................................... 17
3.5.1
Diagram Alir Penelitian .................................................................. 17
3.5.2
Perancangan Model Sistem ............................................................. 19
3.5.3
Perancangan Perangkat Keras (Hardware) ..................................... 20
3.5.4
Pengujian Sistem ............................................................................. 27
3.5.5
Analisa dan Kesimpulan ................................................................. 29
3.5.6
Pembuatan Laporan ......................................................................... 29
HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................... 30
4.1.
Hasil........................................................................................................ 30
4.1.1.
Unmanned Surface Vehicle (USV) .................................................. 30
4.1.2.
Pengujian Sensor dan Telemetry ..................................................... 33
4.1.3.
Pengujian Sistem First Person View (FPV) .................................... 41
4.1.4.
Pengujian Sistem Autopilot ............................................................. 42
4.2.
5
First Person View (FPV)................................................................. 13
Pembahasan ............................................................................................ 63
4.2.1.
Sistem Navigasi pada Unmanned Surface Vehicle (USV) .............. 63
4.2.2.
Pengujian Misi Autopilot ................................................................ 65
SIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 68
5.1
Simpulan ................................................................................................. 68
5.2
Saran ....................................................................................................... 68
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 74
LAMPIRAN .......................................................................................................... 72
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2-1 Contoh Unmanned Surface Vehicle (USV) ......................................... 8
Gambar 2-2 USV system architecture [Dunbabin M. (2009)] ................................ 9
Gambar 2-3 Global Positioning System (GPS) (sumber : www.rctimer.com) ..... 10
Gambar 2-4 Contoh penggunaan sistem Autopilot (waypoint) ............................. 11
Gambar 2-5 Pergerakan dan Orientasi Kapal [Halvorsen.H (2008)] .................... 13
Gambar 2-6 Perlengkapan First Person View (FPV)............................................ 14
Gambar 3-1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 18
Gambar 3-2 Diagram blok keseluruhan sistem ..................................................... 19
Gambar 3-3 Sketch Hull Catamaran ..................................................................... 20
Gambar 3-4 USV dengan Hull Catamaran ........................................................... 21
Gambar 3-5 Blok Diagram Sistem Navigasi USV ................................................ 22
Gambar 3-6 Diagram alir sistem waypoint ........................................................... 23
Gambar 3-7 Diagram Alir Position Hold .............................................................. 24
Gambar 3-8 Blok Diagram Sistem FPV................................................................ 25
Gambar 3-9 Flight Plan Editor ............................................................................. 25
Gambar 3-10 Information View ............................................................................ 26
Gambar 3-11 Primary Flight Display ................................................................... 27
Gambar 4-1 Unmanned Surface Vehicle’s Electronics ......................................... 30
Gambar 4-2 Remote Turnigy 9X ........................................................................... 33
Gambar 4-3.(a). Roll ke kanan 30º. (b). Roll ke kiri 30º ....................................... 34
Gambar 4-4.(a). Bow Up 30º. (b). Bow Down 30º ................................................ 35
xvii
Gambar 4-5.(a). Compass 290º. (b). Compass 190º.............................................. 36
Gambar 4-6 Tampilan utama U-Center................................................................. 37
Gambar 4-7. Akurasi GPS skala 5 meter .............................................................. 38
Gambar 4-8 Sky View (a) dan Satellite Position (b) Pengujian pertama .............. 38
Gambar 4-9 Akurasi GPS skala 4 meter ............................................................... 39
Gambar 4-10 Skyview dan Satellite Position pengujian ke 2 ................................ 40
Gambar 4-11. Pengujian Sistem Telemetry........................................................... 41
Gambar 4-12 Pengiriman Data Telemetry............................................................. 41
Gambar 4-13 Pengujian Sistem FPV Indoor (a) dan Outdoor (b) ........................ 42
Gambar 4-14 Dry Test USV ................................................................................. 42
Gambar 4-15 Pengujian DryTest Flight Data ....................................................... 43
Gambar 4-16 Lokasi uji perairan pada Google Earth Pro .................................... 44
Gambar 4-17 Gambar Initial Parameter Ardurover ............................................. 44
Gambar 4-18 Flight Plan misi pertama ................................................................ 45
Gambar 4-19 GPS Tracking Misi Pertama ........................................................... 46
Gambar 4-20 GPS Tracking Google Earth Pro misi pertama. ............................. 47
Gambar 4-21 Grafik Error Radius Misi Pertama ................................................. 48
Gambar 4-22 Flight Plan Misi Kedua .................................................................. 48
Gambar 4-23 Flight Data Misi Kedua .................................................................. 49
Gambar 4-24 GPS Tracking Google Earth Pro misi kedua ................................. 49
Gambar 4-25 Grafik Error Radius Misi Kedua .................................................... 51
Gambar 4-26 Flight Plan Misi Ketiga .................................................................. 51
Gambar 4-27 Flight Data Misi Ketiga .................................................................. 52
Gambar 4-28 GPS Tracking Google Earth Pro misi ketiga ................................. 52
Gambar 4-29 Grafik Error Radius Misi Ketiga .................................................... 53
Gambar 4-30 Flight Plan Misi Keempat .............................................................. 54
xviii
Gambar 4-31 Flight Data Misi Keempat .............................................................. 55
Gambar 4-32 GPS Tracking Google Earth Pro misi keempat ............................. 55
Gambar 4-33 Grafik Error Radius Misi Keempat ................................................ 56
Gambar 4-34 Flight Plan Misi Kelima ................................................................. 57
Gambar 4-35 Flight Data Misi Kelima................................................................. 58
Gambar 4-36 GPS Tracking Google Earth Pro misi kelima ................................ 58
Gambar 4-37 Grafik Error Radius Misi Kelima ................................................... 59
Gambar 4-38 Flight Plan Misi Keenam ............................................................... 60
Gambar 4-39 Flight Data Misi Keenam ............................................................... 61
Gambar 4-40 GPS Tracking Google Earth Pro misi keenam .............................. 61
Gambar 4-41 Grafik Error Radius Misi Keenam ................................................. 62
MENGESAHKANT
Tim Penguji
Ketua
:
Dn
Sekretaris
:
ll{. Komartdin, M.T.
Penguji
Bukan Pembimbing
: SyaihlAlrryS.T.,
h.:,
Sri Ratna Sulistiyantl, M.T.
l[.T.
Fakuttas Teknik Universitas Larpung
6_%
aaffi
qgof
I\
\
?rurrurr$
{i'utrA
fr Suharno, M.Sc., Ph.I). '. t9620717 198703 IOOZ
ff
tu
AL
SURAT PERI\TYATAAI\I
Deoga ini saya menyatakan bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri. Adapun
kuya onmg lain yang terdapat dalarn skripsi ini telah dicantumkan sumbemya
pada daftar pustaka.
Apabila pemyataan saya tidak benm maka saya bersedia dikenai sanksi sesuai
&ngan hukum yang berlaku.
Bandar Lampung, 23 Oktober 2015
Muhammad Jerry Jeliandra Suja
NPM. 1015031045
Judul Skripsi
SISITM NAVIGASI PADA IINMANNID STIRIACB
YEHICTE UNTTK PEMANTAUAI{ KONDISI DAERAH
PERAIRAN
Nama Mahasiswa
*hMteqtcfu{raqit
Nomor Pokok Mahasiswa
1015031045
Program Studi
Teknik Elekho
Fakultas
Teknik
MENVBiTUJTN
... ri: ,
l. Komisi F,embimbing
Dn In Sri
NIP. 1965
I
Sulistiyanti, llLT.
t99512 2 001
MP. 19681207 199603 1003
2. Ketua Jurusan Teknik Elektro
NrP. 19680809 199903
I
001
MOTTO
PERSEMBAHAN
Dengan Ridho Allah SWT, teriring shalawat kepada Nabi Muhammad SAW
Karya tulis ini kupersembahkan untuk:
Ayah dan Ibuku Tercinta
H. M. Jan Jan Suja M.M., Akp. dan Ir. Elly Rosnarita M.Si
Kakak dan adikku Tersayang
Monica Dara Delia Suja S.Keb & M. Farrel Ghifary Suja
Teman-teman kebanggaanku
Rekan-rekan Jurusan Teknik Elektro
Almamaterku
Universitas Lampung
Bangsa dan Negaraku
Republik Indonesia
Terima-kasih untuk semua yang telah diberikan kepadaku. Jazzakallah Khairan.
PERSEMBAHAN
Dengan Ridho Allah SWT, teriring shalawat kepada Nabi Muhammad SAW
Karya tulis ini kupersembahkan untuk:
Ayah dan Ibuku Tercinta
H. M. Jan Jan Suja M.M., Akp. dan Ir. Elly Rosnarita M.Si
Kakak dan adikku Tersayang
Monica Dara Delia Suja S.Keb & M. Farrel Ghifary Suja
Teman-teman kebanggaanku
Rekan-rekan Jurusan Teknik Elektro
Almamaterku
Universitas Lampung
Bangsa dan Negaraku
Republik Indonesia
Terima-kasih untuk semua yang telah diberikan kepadaku. Jazzakallah Khairan.
SANWACANA
Bismillahirahmanirrahim…
Alhamdulillahirobbil alamin...
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. karena atas berkat rahmat
dan hidayah-Nya lah yang telah memberi kekuatan dan kemampuan berpikir
kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir pada waktu yang
tepat.
Skripsi berjudul “ Sistem Navigasi pada Unmanned Surface Vehicle untuk
Pemantauan Kondisi Daerah Perairan”
telah berhasil diselesaikan. Dan
merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada
jurusan Teknik Elektro di Universitas Lampung.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan baik ilmu,
materiil, petunjuk, masukan dan saran dari berbagai pihak untuk menyelesaikan
tugas akhir ini tanpa adanya hambatan. Oleh karena itu dalam kesempatan kali ini
penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1.
Prof. Suharno, M.Sc, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik.
2.
Agus Trisanto, Ph. D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
3.
Herlinawati, S.T.,M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro
4.
Dr.Sri Ratna Sulistiyanti M.T. sebagai Pembimbing utama Tugas Akhir ini
dan sekaligus ibu kami di Laboratorium Teknik Elektronika yang telah
memberikan masukan, saran, bantuan baik materi maupun nonmateri.
5.
M. Komarudin M.T. selaku Pembimbing pendamping yang selalu
memberikan arahan dan koreksi pada saat penelitian tugas akhir ini.
6.
Syaiful Alam, S.T., M.T.. sebagai Penguji Tugas Akhir, yang telah
memberikan masukan, saran serta kritikan yang bersifat membangun dalam
Tugas Akhir ini.
xii
7.
Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung, yang berjasa
dalam memberikan materi dari awal perkuliahan sampai akhir dan
pembentukan moral kepada mahasiswa
8.
Kedua orang tua penulis yang sangat dicintai dan disayangi, sebagai
motivator terbesar penulis, sebagai alasan terbesar kesuksesan penulis, yang
telah memberikan do’a, usaha, dukungan moril, cinta dan kasih sayang
sehingga penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir nya sebagai seorang
mahasiswa
9.
Monica Dara Delia Suja dan M. Farel Ghifary Suja sebagai saudara kandung
yang telah mensupport dan menemani penulis.
10.
Rizki Triyani Sinaga yang tiada hentinya memotivasi penulis agar selalu
semangat.
11.
Teman seperjuangan Yudi Eka Putra, Andri Gunawan dan M. Yusuf
Tamtomi yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.
12.
Seluruh punggawa dan penghuni Laboratorium Teknik Elektronika terutama
Kak Agung, Kak Ridho, Kak Rudi, Kak Nadhir, Kak Rudi HH, Mbak
Layla, Rendy, Khoirul, Victor, Afrizal, Frisky, Abidin, Reza, Subastian,
Eliza, Winal, Sivam, Faizun, Yogi, Gusti, Bella, Desi, Windy,
Hafizulahudim. Arif, Nando, Roy, Reza, dan Ridho yang telah mengisi dan
memberikan canda tawa nya serta kehangatan di dalam keluarga
Laboratorium Teknkik Elektronika.
13.
Seluruh Asisten Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas
Lampung khususnya Aji, Seto, Sam, Afrizal, Melzi, Rahmad, Reza, Devy,
Nanang, Maulana, Jaya, Haki, Dirya, Penceng, Kak Cipo, Oka, Ipin, Ayu,
Kiki, Kak Aris A, Fendi, Yusuf, Harry, Mbak Ranny, Mbak Mardiyah,
Irvika, Najib, Didi, dan lainnya atas dukungan dan bantuannya.
14.
Teman-teman se-angkatan Elektro 2010 EE’Amubaubau : Jaya, Melzi,
Victor, Rahmad, Anwar, Yudi, Andri, Yusuf, Mahendra, Maulana, Nanang,
Joe, Aji, Sam, Seto, Afrizal, Devy, Ayu, Kiki, Novia, Muth, Dian, Lukman,
Irvika, Danny, Sofyan, Saiful dan lainnya yang tidak bisa penulis sebutkan
satu persatu atas kebersamaan dan kehangatan keluarga yang diberikan dari
xiii
awal masuk perkuliahan, saat pengerjaan tugas akhir, hingga akhir
perkuliahan di Jurusan Teknik Elektro ini.
15.
Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro dan anggota-anggota lainnya atas
pelajaran organisasi yang diberikan.
16.
Keluarga Beswan DSO Lampung terutama Angkatan 28, Yayang Rusdiana
S.T., dr. Nurulando Imansyah Budi Perkasa, Mahendra Pratama S.T.,
Hermawan Santoso, Rizky Kurnia Wijaya, Miftah, Dwi, Kiki dan adik adik
angkatan 29 Rifka, Muflikha, Vianna, Gusmau, Helmy dan lainnya atas
kebersamaannya dalam seluruh acara beasiswa beswan djarum.
17.
Mbak Ning, Mas Daryono dan seluruh jajarannya atas semua bantuannya
dalam menyelesaikan urusan administrasi di Jurusan Teknik Elektro
Universitas Lampung.
18.
Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah
membatu penulis dalam menuntaskan kewajibannya sebagai mahasiswa.
19.
Almamater Universitas Lampung yang telah mengisi cerita hidup selama
menjadi mahasiswa
Semoga Allah SWT membalas kebaikan semua pihak yang telah membantu dalam
penyelesaian Tugas Akhir ini.
Penulis meminta maaf atas segala kesalahan dan ketidaksempurnaan dalam
penulisan Tugas Akhir ini. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis
harapkan demi kebaikan dan kemajuan di masa mendatang.
Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak, dan dapat
menambah khasanah ilmu pengetahuan.
Bandar Lampung, 23 Oktober 2015
Penulis,
Muhammad Jerry Jeliandra Suja
1
1.1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Daerah perairan, khususnya sungai,
memiliki peranan penting untuk
kehidupan manusia. Manfaat sungai antara lain untuk irigasi, bahan baku air
minum, sarana olahraga, sebagai jalur trasportasi, dan sebagai tempat PLTA
maupun penelitian. Jika daerah ini tidak dipergunakan dengan baik maka
sungai tidak dapat berfungsi sebagai mana mestinya. Untuk mencegah hal
tersebut, maka ada baiknya jika dilakukan pemantauan dan pengukuran
secara berkala untuk beberapa parameter yang dapat memberi tanda atau
peringatan dini terhadap ketidak normalan yang terjadi daerah ini sehingga
dapat dilakukan antisipasi secara tepat dan cepat.
Penelitian tentang pengukuran parameter keadaan sungai sudah ada
beberapa yang dikembangkan misalnya : Pengukuran parameter badan air
sungai Adi S (2008) tentang pengukuran parameter seperti suhu,
konduktivitas, oksigen terlarut (DO), turbiditas (kekeruhan) secara insitu
dengan memasang sensor-sensor seperti sensor suhu, kadar keasaman (pH),
sensor konduktivitas dan turbiditas dari Hanna Instrument. Pengukuran
yang dilakukan masih tergolong sulit karena penempatan sensor yang
terbatas jaraknya, sehingga pengukuran hanya dapat dilakukan di tepian
sungai saja. Penempatan sensor pada bagian tepi sungai tentunya tidak dapat
2
mewakili nilai sebenarnya dari suatu penampang sungai. Semakin lebar
penampang sungai semakin tidak mewakili hasil dari pemantauan statis di
tepi sungai. (Adi S, 2008)
Audli R (2014) meneliti tentang pengukuran 9 titik kecepatan aliran sungai
(open channel) dengan menggunakan sensor kecepatan aliran yang
dibuatnya, menghasilkan bahwa semakin mengarah ke dalam sungai,
kecepatan aliran sungai semakin tinggi, sebaliknya, semakin mengarah ke
dasar dan ke tepi sungai, kecepatan aliran semakin rendah. Penelitian yang
dilakukan Audli R (2014) juga belum dapat mewakili keadaan sungai
sebenarnya karena pengukuran hanya di 9 titik pada sungai dan terkendala
pada jarak telemetri yang hanya dapat melakukan pengiriman data dengan
jarak 20 meter. Cara yang telah dilakukan pada penelitian tersebut kurang
efektif karena harus langsung terjun ke dalam sungai untuk pemasangan
sensor dan memiliki tingkat bahaya yang cukup besar.
Diperlukan suatu alat atau wahana yang dapat menggantikan posisi
manusia, yang dapat memudahkan pekerjaan manusia dalam pemantauan
kondisi sungai. Unmanned Surface Vehicle (USV) merupakan sebuah
wahana alternatif yang digunakan untuk memantau daerah perairan dengan
biaya yang lebih murah (low cost) dan memiliki tingkat bahaya yang lebih
rendah karena dapat dioperasikan melalui Remote Control (RC) maupun
secara autonomous. USV ini mengirimkan data-data yang diukur ke Ground
Control Station (GCS) yang berada didarat menggunakan sistem telemetri.
Diperlukan suatu sistem navigasi yang bertujuan untuk memudahkan USV
dalam melakukan pemantauan kondisi daerah perairan.
3
Teknologi pada USV sebelumnya telah banyak dikembangkan dan
diterapkan di dunia militer antara lain sebagai kapal mata-mata dan juga
dikembangkan oleh negara-negara tetangga kita untuk melakukan penelitian
di laut maupun sungai. USV tersebut dapat melakukan tugas tugas tertentu
sesuai dengan yang diharapkan.
Saat ini Universitas Lampung sedang mengembangkan teknologi USV yang
berfokus pada pemantauan daerah perairan. Dengan dukungan perangkat
Global Positioning System (GPS) dan mikrokontroller ArduPilot Mega
(APM) diharapkan USV dapat dikendalikan secara otomatis mengikuti
waypoint yang ditentukan pada Ground Control Station (GCS) dan dengan
mudah melakukan pengukuran parameter kondisi perairan seperti kondisi
daerah sekitar aliran sungai, suhu, kecepatan aliran air, kadar keasaman
(pH), kedalaman, dan lain lain.
1.2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan sistem navigasi
pada USV untuk pemantauan kondisi daerah perairan sehingga USV dapat
mengikuti waypoint dan melakukan pengukuran di lokasi tersebut.
1.3
Manfaat Penelitian
1. Dapat digunakan sebagai wahana untuk memantau daerah perairan
secara autonomous
4
2. Mempermudah dalam melakukan pengukuran parameter kondisi
perairan (suhu, pH, kecepatan aliran, dan lainnya) di beberapa lokasi
perairan
3. Mempermudah dalam pengoperasian USV (Otomatisasi USV)
4. Dapat dikembangkan lebih lanjut untuk penelititian USV
1.4
Perumusan Masalah
Mengacu pada permasalahan yang ada, maka perumusan perancangan ini
difokuskan pada askpek berikut :
1. Bagaimana membuat sistem navigasi pada USV sehingga dapat
dikendalikan secara Autonomous / Otomatis ?
2. Bagaimana
perancangan
dan
pembuatan
sistem
navigasi
menggunakan Mikrokontroler ArduPilotMega (APM) ?
3. Bagaimana USV dapat menuju titik koordinat waypoint yang
diinginkan?
4. Bagaimana kamera pada USV dapat menampilkan video First
Person View (FPV) secara real time?
1.5
Batasan Masalah
Dalam perancangan dan implementasi sistem ini, terdapat batasan masalah
seperti berikut :
1. Sistem navigasi akan menggunakan APM sebagai Mikrokontroller
dengan
firmware
pengiriman datalink
ArduRover
dan
sistem
telemetri
untuk
5
2. Deteksi posisi, waypoint, hanya menggunakan GPS U-Blox Neo 6
V.3 dan Digital Compass CMPS10 dengan bantuan perangkat
lunak Mission Planner
3. Kamera pada USV hanya digunakan untuk First Person View
(FPV)
4. Pengiriman data kamera menggunakan video sender analog 5.8
Ghz.
5. Tidak membahas lebih lanjut tentang pengukuran parameter daerah
perairan.
1.6
Hipotesis
Sebuah Unmanned Surface Vehicle (USV) dapat melakukan pergerakan ke
posisi tertentu (waypoint) dengan acuan GPS sebagai sensor posisi untuk
dapat melakukan pemantauan kondisi daerah perairan.
1.7
Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan penulisan dan pemahaman mengenai materi tugas akhir
ini, maka tulisan ini dibagi menjadi lima bab, yaitu
BAB I
Pendahuluan
Memuat latar belakang, tujuan, manfaat, perumusan
masalah, batasan masalah, hipotesis dan sistematika
penulisan
BAB II
Tinjauan Pustaka
Berisi teori-teori yang mendukung dalam perancangan dan
realisasi rancang Unmanned Surface Vehicle (USV), sistem
navigasi, dan First Person View (FPV)
6
BAB III
Metode Penelitian
Berisi rancangan sistem navigasi, meliputi alat dan bahan,
langkah-langkah pengerjaan yang akan dilakukan,
penentuan spesifikasi rangkaian, blok diagram rangkaian,
cara kerjanya, dan masing-masing bagian blok diagram
BAB IV
Hasil dan Pembahasan
Menjelaskan prosedur pengujian, hasil pengujian dan
analisis
BAB V
Simpulan dan Saran
Memuat simpulan yang diperoleh dari pembuatan dan
pengujian alat, dan saran-saran untuk pengembangan lebih
lanjut.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
2
2.1
TINJAUAN PUSTAKA
Unmanned Surface Vehicle (USV)
Unmanned Surface Vehicle (USV) atau Autonomous Surface Vehicle (ASV)
merupakan sebuah wahana tanpa awak yang dapat dioperasikan pada
permukaan air. (Wikipedia, 2008). USV dikendalikan otomatis dengan
memberikan perintah-perintah seperti waypoint, melalui Ground Control
Station (GCS). USV dapat mengirimkan data-data dan mengirimkannya ke
GCS secara realtime melalui sistem telemetri.
USV dapat digunakan selain sebagai kapal riset juga dapat digunakan
sebagai kapal survey, inspeksi keadaan sekitar sungai, survey seismic,
operasi penyelamatan dan lain lain. Pemanfaatan USV untuk menjadi kapalkapal riset sudah dilakukan di beberapa negara, sebagian besar melakukan
penelitian di sungai maupun laut lepas secara otomatis, sehingga mereka
hanya mengolah data yang dikirim dari USV ke Ground Control Station
(GCS). Indonesia merupakan salah satu negara yang sedang banyak
melakukan penelitian mengenai Unmanned Surface Vehicle, beberapa
penelitian tentang perancangan dan implementasi
Unmanned Surface
Vehicle yaitu dilakukan oleh Nugroho, G.N. (2011) mengenai perancangan
streering sebuah Unmanned Surface Vehicle, dihasilkan sebuah perhitungan
8
yang dapat digunakan dalam mendesain sistem steering dalam hal ini rudder
pada sebuah Unmanned Surface Vehicle.
Gambar 2-1 Contoh Unmanned Surface Vehicle (USV)
(sumber : Jurnal Teknik ITS, Siswandi.B (2012))
Calce A. (2012) membuat penelitian tentang pembuatan rc motorboats
yang dimodifikasi sehingga menjadi Unmanned Surface Vehicle (USV)
dengan penambahan mikrokontroller Arduino, GPS, Compass Module
HMC6352, USB QuickCam Logitech dan komunikasi data menggunakan
wireless 802.11g. Hasil dari penelitian yang dilakukan oleh Calce A.
(2012) yaitu saat percobaan prototype ini akan melaksanakan perintah
terakhir hingga selesai, menerima perintah lain sampai baterai habis, akan
tetapi perintah akan bermasalah jika USV hilang kontak dengan base
station karena terlalu jauh dari titik awal atau karena sinyal terhalang oleh
sesuatu.
Penelitian tentang USV yang digunakan untuk memantau kualitas air
dilakukan oleh Dunbabin M. (2009) menghasilkan bahwa USV mampu
bernavigasi melewati tempat penampungan air pedalaman yang kompleks.
9
Tipe USV Catamaran yang telah dimodifikasi tenaga matahari ini mampu
mendapatkan informasi kualitas air di seluruh lokasi saat bergerak. Pada
USV ini terintegrasi sensor posisi GPS, Laser Scanners, sonars dan
kamera yang dapat memudahkan dapat pengoperasian USV di lingungan
air yang dangkal dan belum diketahui peta dan juga dapat menghindari
rintangan yang diam maupun bergerak. USV dapat mengambil sampel air
dan dapat beroperasi di berbagai kondisi cuaca maupun malam hari. USV
dapat dikatakan telah melengkapi survei pemantauan yang dilakukan
secara manual dengan kelebihan dapat melakukan pengukuran di tempat
penyimpanan air dengan jarak ratusan kilometer dari survey yang sudah
dilakukan sebelumnya.
Gambar 2-2 USV system architecture [Dunbabin M. (2009)]
2.2
Sistem Navigasi
Navigasi adalah ilmu pengetahuan dalam menentukan posisi kapal di laut
dengan mengemudikan (steering) kapal secara aman dari suatu tempat ke
tempat lain. Sistem navigasi biasanya terdiri dari beberapa perangkat digital
maupun analog, untuk yang analog biasanya dilengkapi dengan kompas
10
analog yang dapat mengetahui arah mata angin yang berguna sebagai acuan
arah kapal, untuk perangkat digital sudah terdapat GPS atau Global
Positioning System yaitu sebuah perangkat yang dapat menerima lokasi
keberadaan kapal dengan mengacu pada satelit yang bergerak mengitari
bumi. GPS menerima data yang dikirim dari satelit berupa data NMEA
0183. NMEA (National Marine Electronics Association) adalah standar
yang digunakan dalam pengiriman data gps yang berupa protokol data, garis
lintang, garis bujur, ketinggian, dan waktu.
Gambar 2-3 Global Positioning System (GPS)
(sumber : www.rctimer.com)
Kompas digital juga tergolong perangkat digital dimana pemakaiannya
harus diintegrasikan kembali pada sebuah sistem sehingga pembacaan arah
mata angin dapat dilakukan dan dapat mengetahui arah kapal.
Perbani C. (2014) melakukan penelitian dengan judul Pembangunan
Sistem Penetuan Posisi dan Navigasi berbasiskan sistem Unmanned
Surface Vehicle (USV) untuk survei Batimetri dengan spesifikasi alat yang
digunakan antara lain USV dengan penggerak Motor Brushless, Ardupilot
11
Mega, sensor GPS, dan sistem Telemetry. Perbani C. menyimpulkan
bahwa wahana apung yang dihasilkan memiliki daya apung baik dan lebih
stabil jika dimuati dengan beban, telemetri navigasi bekerja dengan
maksimum jarak 5 s.d. 10 kilometer line of sight dengan kualitas
pengiriman data rata-rata diatas 90%, sistem penjajakan GPS berjalan
dengan baik, sistem Auto Navigation / Auto Pilot belum bekerja dengan
sempurna, wahana bergerak secara otomatis menuju waypoint yang
ditentukan, tetapi gerakan wahana tidak stabil.
2.2.1
Sistem Autopilot (Waypoint)
Pergerakan kapal yang otomatis termasuk kedalam suatu sistem navigasi.
Sistem ini dinamakan Autopilot atau biasa juga disebut dengan waypoint.
Sistem Autopilot akan membuat sebuah kapal, dalam hal ini USV, bergerak
secara teratur mengikuti titik tuju (waypoint) yang telah diatur pada
Ground Control Station.
Gambar 2-4 Contoh penggunaan sistem Autopilot (waypoint)
12
Gambar 2.4 memperlihatkan penggunaan sistem Autopilot dengan
memberikan beberapa titik-tuju (waypoint). Wahana yang digunakan akan
mengikuti jalur yang telah dihubungkan dari masing-masing titik-tuju
(waypoint).
Penelitian sistem navigasi telah dilakukan juga oleh Prasetyo H.P. (2012)
tentang Perancangan Sistem Navigasi pada Kapal (MCST-1 Ship
Autopilot) untuk mendukung sistem Autopilot. Perancangan sistem yang
menggunakan sebuah USV MCST-1, GPS, Compass, Sensor Ultrasonik
dan mikrokontroller ini menghasilkan bahwa perancangan yang dilakukan
menggunakan data masukan berupa sinyal GPS dengan format NMEA
0183 versi 2 $GPGGA dan $GPRMC dan dapat menampilkan tampilan
garis lintang dan bujur. Prasetyo H.P. (2012) juga mengemukakan bahwa
perancangan sensor jarak dengan menggunakan sensor ultrasonic dari
range 1cm hingga 300cm memiliki persentase akurasi rata-rata sebesar
0.245 dan perancangan pengukuran arah mata angin menggunakan sensor
kompas CMPS-03 memiliki tingkat error rata-rata 1.939% dan tingkat
akurasi 98.06%. Peletakan sensor kompas berpengaruh jika didekatkan
dengan motor penggerak karena adanya interferensi dari motor dalam
bentuk medan-elektromagnetik.
Penelitian Taufik A.S. (2013) tentang Sistem Navigasi Waypoint pada
Autonomous Mobile Robot menjelaskan bahwa modul CMPS03 Magnetic
Compass memiliki akurasi sebesar ±4º, Modul PMB-688 GPS receiver
memiliki akurasi sebesar 6,6 meter (radius), dan Sistem navigasi waypoint
13
mampu mengatur gerak autonomous mobile robot dalam pencapaian posisi
tujuan dengan akurasi sebesar 11 meter (radius).
Navigasi pada USV juga meliputi pergerakan arah dan orientasi kapal laut.
Gambar 2.4 menunjukan bahwa pergerakan kapal laut terdiri dari 3axis
yaitu X, Y, dan Z.
Jika kapal mengarah ke arah sumbu X maka dinamakan surge dan apabila
terjadi pergerakan atau rotasi pada sumbu X maka dinamakan roll. Kapal
laut akan melakukan pergerakan sway jika kapal tersebut bergerak ke arah
sumbu Y dan jika berputar pada sumbu Y maka dinamakan pitch. Jika
kapal mengarah ke sumbu Z maka dinamakan pergerakan heave jika
perputaran atau rotasi terjadi pada sumbu Z maka dinamakan yaw.
Gambar 2-5 Pergerakan dan Orientasi Kapal [ Halvorsen.H (2008)]
2.2.2
First Person View (FPV)
First-person View (FPV) atau dikenal juga dengan Remote-person View
(RPV) merupakan metode yang digunakan untuk mengontrol sebuah
14
wahana atau kendaraan radio control dari sudut pandang pilot. Sebagian
besar FPV digunakan untuk wahana udara tak berawak (UAV) atau
pesawat yang memakai radio control. Dengan kamera yang diletakkan
tersebut kita dapat merasakan seolah-olah kita berada di dalam wahana
tersebut dan melakukan pengendalian wahana dengan mudah. Pergerakan
wahana tetap dikendalikan oleh operator secara manual, dengan adanya
FPV maka operator dapat mengetahui arah, kondisi sekitar maupun lokasi
yang dituju.
Terdapat dua sistem utama dalam penggunaan FPV yaitu komponen
perekam diudara dan ground station atau komponen yang berada didarat.
Biasanya FPV menggunakan kamera dan video transmitter analog di
bagian komponen perekam diudara, dan menggunakan video receiver dan
display pada bagian komponen ground station. Tambahan lain untuk FPV
yaitu dapat menambahkan On Screen Display (OSD) yaitu sebuah media
informasi yang didapat langsung pada layar display, menampilkan
Navigasi GPS dan data penerbangan, kestabilan sistem dan sistem
Autopilot.
Gambar 2-6 Perlengkapan First Person View (FPV)
3
3.1
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian dan perancangan tugas akhir dilaksanakan mulai Januari 2015
sampai Juni 2015, bertempat di Laboratorium Teknik Elektronika,
Laboratorium Terpadu Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro Universitas
Lampung
3.2
Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian dan perancangan tugas akhir ini
antara lain :
a. 1 Unit Electric Roboboat (USV)
b. ArduPilotMega (APM) 2.6
c. Perangkat lunak Mission Planner
d. GPS U-Blox CN06-V3
e. Digital Compass CMPS10
f. First Person View (FPV) Camera BOSCAMM
g. Transmitter dan Receiver FPV (video sender) AOMWAY 5.8 GHz
h. FPV Monitor 7”
i. 3DR Telemetry Kit 915 MHz
j. Baterai Lithium-Polimer 6S 22.2 V 5000mAh 30C
16
k. 1 Unit Remote Control Turnigy 9x 2.4Ghz
l. Laptop Acer V5-471PG
3.3
Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat yang digunakan adalah sebagai berikut :
a. Unmanned Surface Vehicle yang digunakan yaitu tipe electric
Roboboat
dengan
tipe
hull
Catamaran,
sistem
propulsi
menggunakan motor brushless Leopard tipe 4084-1200kV, ESC
Seaking 180A Water Cooled, flexshaft, strut shaft, double rudder,
propeller tipe 450, dan servo HK-1928B.
b. Pengendali USV menggunakan ArduPilot Mega 2.6 dengan
firmware ArduRover sebagai penentu waypoint Autopilot.
c. Pengendali sekunder dengan menggunakan Remote Control
Turnigy 9x 2.4 Ghz
d. GPS Ublox- Neo 6 V.3 dan CMPS10 sebagai sensor posisi dan
penentu lokasi USV.
e. Telemetri kit 3DR 915 MHz sebagai pengiriman data nirkabel.
f. Kamera FPV BOSCAM dan sistem pengiriman data berupa video
dengan menggunakan video sender.
g. Laptop Acer V5-471PG sebagai media pemrograman dan penampil
data.
17
3.4
Spesifikasi Sistem
Spesifikasi sistem yang digunakan pada penelitian ini antara lain :
a. Sistem navigasi memiliki dua mode. Mode pertama mampu
mengikuti waypoint atau titik tuju yang telah di program pada
perangkat lunak Mission Planner dan dapat melakukan Position
Hold pada waypoint. Mode kedua apabila terjadi error pada USV
sehingga tidak sesuai titik tuju yang diinginkan maka pengendalian
akan dialihkan menggunakan Remote control.
b. Mampu menampilkan video yang direkam oleh Kamera FPV
secara realtime pada Monitor FPV menggunakan video sender.
3.5
Metode Penelitian
Pada penelitian dan perancangan tugas akhir ini, langkah-langkah kerja
yang dilakukan adalah sebagai berikut :
3.5.1
Diagram Alir Penelitian
Diagram alir penelitian ini dibuat untuk memperjelas langkah-langkah
kerja yang akan dilakukan dalam penelitian.
18
Mulai
Konsep / Ide
Perancangan
Sistem
Studi Literatur
Penentuan
Spesifikasi Sistem
Apakah
Tersedia ?
Perancangan
Sistem
Pengujian Sistem
Apakah
Berhasil ?
Pengambilan Data
Analisis
Kesimpulan
Selesai
Gambar 3-1 Diagram Alir Penelitian
19
3.5.2
Perancangan Model Sistem
Secara keseluruhan sistem dapat dilihat pada gambar 3.2
Gambar 3-2 Diagram blok keseluruhan sistem
Keseluruhan sistem dapat dilihat pada gambar 3.2. Terdapat beberapa sub
sistem antara lain navigation system yang terdiri dari GPS, Kompas, dan
FPV kamera yang diolah pada Mikrokontroller unit APM. Pentransmisian
data navigasi menggunakan UART (Universal Asynchronous Receiver
Transmitter) dengan sistem telemetri yang dikirim ke Ground Control
Station.
20
3.5.3
Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
3.5.3.1 Perancangan Unmanned Surface Vehicle (USV)
Unmanned Surface Vehicle yang digunakan yaitu tipe electric Roboboat
dengan tipe hull Catamaran, sistem propulsi menggunakan motor
brushless Leopard tipe 4078-1200kV, ESC SEAKING 180A Water
Cooled, flexshaft, strut shaft, double rudder, propeller tipe 450, dan servo
Hobby King HK-15298B 30Kg.
LOA (Length Over All) USV
= 100 cm
Lebar USV
= 60 cm
Tinggi USV
= 11 cm
Berat USV
= 4 Kg
Pembuatan hull menggunakan bahan baku triplek dengan ketebalan 5mm
untuk rangka penyusun dan ketebalan 3mm sebagai rangka penutup hull.
Gambar 3.3 memperlihatkan sketch hull Catamaran yang akan dibuat.
Gambar 3-3 Sketch Hull Catamaran
21
Untuk membuat rangka hull menjadi kedap air (waterproof) dibutuhkan
resin untuk melapisi rangka triplek yang akan dibuat. Pelapisan resin
dilakukan berulang-ulang hingga hull tertutup secara keseluruhan.
Gambar 3-4 USV dengan Hull Catamaran
3.5.3.2 Perancangan Sistem Navigasi
Perancangan blok diagram sistem navigasi dibuat untuk mempermudah
dalam realisasi alat yang akan dibuat.
Gambar 3.5 memperlihatkan blok diagram sistem navigasi yang akan
digunakan pada USV. Sensor ultrasonik dan kompas akan menjadi
masukan pada Mikrokontroler yang kemudian akan diolah untuk sistem
navigasi dan sistem penghindaran rintangan. GPS dikoneksikan melalui
slot UART untuk kemudian data dari GPS akan diolah pada MCU dan
dikirim ke Ground Control Station melalui sistem telemetri. Keluaran
sistem navigasi akan mempengaruhi pergerakan servo rudder dan
pengaruh RPM pada motor brushless yang dipakai.
22
Gambar 3-5 Blok Diagram Sistem Navigasi USV
3.5.3.3 Sistem Autopilot (Waypoint)
Pada gambar 3.6 menjelaskan diagram alir dari sistem waypoint yang
digunakan. Setelah inisialisasi dan lock GPS, kita menentukan waypoint
yang akan dituju oleh USV menggunakan perangkat lunak Mission
Planner. Data link yang dihasilkan Mission Planner akan dikirimkan via
telemetri menuju mikrokontroller APM. APM akan menginstruksikan ESC
untuk memberikan arus ke Motor Brushless dan memberikan sinyal PWM
untuk menggerakkan servo. Jika sudah mencapai titik tuju (waypoint)
maka USV akan melakukan Position Hold.
23
MULAI
GPS Lock
GPS, COMPASS,
APM, ESC,
SERVO, GCS
Menentukan
Target waypoint
pada Mission
Planner (GCS)
Datalink GCS
dikirim melalui
telemetri
APM
menginstruksikan
ESC dan SERVO
APM menerima
datalink berupa
waypoint
USV bergerak
menuju waypoint
USV sudah
berada di
waypoint ?
SELESAI
Gambar 3-6 Diagram alir sistem waypoint
3.5.3.4 Position Hold
Position Hold merupakan upaya USV untuk dapat mempertahankan posisi
nya di titik waypoint. Position Hold mengacu pada sensor posisi GPS dan
kompas digital. Sensor GPS akan mengunci lokasi USV dan akan
mempertahankan lokasi tersebut.
24
MULAI
Mengunci Lokasi
Waypoint dan
sudut waypoint
Selisih waypoint dengan
posisi GPS dan selisih
sudut waypoint dengan
kompas
Instruksi APM
memberi sinyal ke
ESC dan Servo
USV menuju
waypoint
Kesalahan
sudut dan arah
sesuai
toleransi ?
SELESAI
Gambar 3-7 Diagram Alir Position Hold
3.5.3.5 Sistem First Person View (FPV)
Perancangan sistem First Person View (FPV) diperlukan untuk dapat
mengimplementasikan sistem yang dibuat.
25
Transmitter
RF FPV
FPV Camera
Receiver RF
FPV
Gambar 3-8 Blok Diagram Sistem FPV
Pada gambar 3.8 dapat dilihat FPV kamera akan dikirim melalui
transmitter 5.8Ghz FPV. Kemudian Receiver 5.8Ghz akan menampilkan
video yang terekam oleh kamera FPV di LCD Monitor 7” FPV.
3.5.3.6 Perancangan perangkat lunak (software)
Perancangan perangkat lunak dibutuhkan agar informasi-informasi yang
didapatkan dari USV dapat dengan mudah ditampilkan pada Ground
Control Station. Perangkat lunak yang digunakan yaitu Mission Planner
3.5.3.7 Flight Plan Editor (Waypoint)
Digunakan dalam penentuan koordinat waypoint yang dijalankan oleh
USV dengan mengacu pada sensor posisi GPS. Data-data yang diterima
oleh GPS diproses melalui mikrokontroler sehingga didapat data untuk
garis lintang dan bujur
Gambar 3-9 Flight Plan Editor
26
3.5.3.8 Information View
Information View digunakan untuk mengetahui kondisi USV di lapangan,
kondisi tersebut meliputi Ketinggian (Altitude), status GPS, serta kondisi
sudut kemiringan kapal (Pitch, Roll, Yaw, dan Heading). Data untuk
information view didapat dari data NMEA 0183 GPS.
Gambar 3-10 Information View
3.5.3.9 Flight Display
Flight display memiliki informasi yang samadengan Information View,
akan tetapi informasi ditampilkan dengan bentuk Graphical User Interface
(GUI). Data didapat dari perubahan nilai accelero dan gyro pada APM.
27
Gambar 3-11 Primary Flight Display
3.5.4
Pengujian Sistem
Uji coba sistem ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan dari
alat yang telah dibuat. Adapun pengujian dilakukan secara perbagian serta
secara keseluruhan, diantaranya adalah :
3.5.4.1 Uji Laboratorium
Pengujian
laboratorium