BAB II SISTEM RADIO 433 MHZ DAN APLIKASI TELEMETRI 2.1 Dasar Radio Frekuensi - Rancang Bangun Perangkat Telemetri Radio 433 Mhz Untuk Transmisi Data Gambar

BAB II SISTEM RADIO 433 MHZ DAN APLIKASI TELEMETRI

2.1 Dasar Radio Frekuensi Gelombang didefinisikan sebagai getaran atau gangguan yang merambat.

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

Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Bagian spektrum elektromagnetik banyak di kenali oleh manusia adalah cahaya, yang merupakan bagian spektrum elektromagnetik yang

terlihat oleh mata. Cahaya berada pada kira-kira frekuensi 7.5 x 10 Hz dan 3.8 x

10 Hz, atau kira-kira panjang gelombang 400 nm (violet/biru) sampai 800 nm (merah). Faraday menyatakan bahwa perubahan medan magnetik menyebabkan muatan listrik mengalir dalam loop kawat atau sebanding dengan bangkitnya medan listrik. Maxwell mengusulkan proses kebalikan bahwa suatu perubahan medan listrik akan membangkitkan medan magnetik. Inti dari teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah [2]:

1. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.

2. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (ε) dan permeabilitas (µ) zat. Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan (ν) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1.

(2.1)

Dimana : λ = panjang gelombang (m) c = cepat rambat cahaya (m/s) ƒ = frekuensi (Hz) Kecepatan bergantung pada medium. Frekuensi adalah besaran yang lebih mendasar dan tidak bergantung pada medium. Medium rambat adalah hampa

udara (free space) dengan kecepatan rambatan c = 3 x 10 m/s. Spektrum frekuensi radio adalah sumber daya alam yang dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi dan produktivitas serta dapat meningkatkan kualitas masyarakat suatu bangsa. Spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik dapat ditunjukkan pada Tabel 2.1 [2].

Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Elektromagnetik.

Medium Frequency

carrier akan dimodulasi dengan informasi yang dikirimkan. Sinyal modulasi

EHF 11 30 – 300 GHz 10 mm – 1 mm Pada umumnya sebuah sistem komunikasi radio memiliki dua komponen utama, yaitu sebuah transmitter, dan sebuah receiver. Perangkat transmitter membangkitkan sinyal listrik yang berosilasi pada sebuah frekuensi radio yang disebut sebagai frekuensi carrier. Amplitudo, frekuensi, atau phasa dari frekuensi

Extremely High Frequency

Frequency SHF 10 3 – 30 GHz 100 mm – 10 mm

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

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

Very High Frequency

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

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

Nama Band Singkatan Band

Very Low Frequency

Frequency ULF 3 300 – 3000 Hz 1000 km – 100 km

10.000 km-1000 km Ultra Low

Frequency SLF 2 30-300 Hz

10.000 km Super Low

ELF 1 3-30 Hz 100.000 km -

Extremely Low Frequency

ITU Frekuensi (f) Panjang Gelombang (λ)

amplitudo (AM) dari frekuensi carrier menghasilkan penambahan dua sidebands dari modulasi tersebut. Modulasi frekuensi (FM) dan modulasi phasa (PM) menghasilkan pasangan sidebands untuk setiap modulasi. Ini menghasilkan variasi kompleks yang muncul sebagai pembicaraan atau suara lain di siaran radio, perubahan cahaya dan kegelapan dalam siaran televisi, dan data telemetri dalam sistem telemetri.

2.2 Propagasi Gelombang Radio

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

2.2.1 Propagasi Gelombang Tanah (Ground Wave Propagation).

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

Propagasi Groundwave digunakan untuk komunikasi jarak pendek sampai sedang. Rugi-rugi propagasi (propagation loss) sangat besar terutama pada band

VHF dan UHF. Demikian pula faktor serapan bumi (ground absorption) untuk

VHF dan UHF sangat besar, terutama untuk jenis permukaan tanah tertentu, sehingga pada band frekuensi tersebut tidak efisien untuk komunikasi jarak jauh secara point to point. Propagasi Gelombang tanah terdiri dari 4 komponen gelombang [3]:

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

Tx Rx

Arah Propagasi

Gambar 2.1 Ilustrasi Direct wave

Komponen ini merupakan komponen yang paling dominan pada sistem komunikasi VHF dan UHF, apalagi bila digunakan antena terarah (directional).

Sehingga komponen ini jangan sampai mengalami hambatan/ halangan medan selama proses rambatannya, itulah sebabnya antena dipasang dengan ketinggian tertentu di atas menara atau pada ketinggian medan tertentu, untuk mendapatkan hubungan Line of Sight.

A. Sifat Gelombang Langsung.

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

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

B. Faktor yang mempengaruhi.

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

2. Ketinggian antena. Menentukan radius/jangkauan pancaran Sinyal.

Semakin tinggi antena semakin jauh jangkauan yang mungkin dapat dicapai.

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

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

Arah Propagasi Tx

B U M I

Gambar 2.2 Rambatan Sinyal pada Permukaan Bumi

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

wave ini untuk perambatan gelombangnya.

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

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

Tabel 2.2 Daftar Jenis Permukaan dan Konduktivitas

No Jenis Permukaan Konduktifitas Relatif

1 Air Laut Baik

2 Tanah basah, rawa Cukup

3 Tanah kering, pasir Buruk

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

C. Frekuensi kerja akan menentukan besarnya serapan bumi. Sehingga Surface

wave ini tidak efektif untuk komunikasi VHF dan UHF, karena Ground absorption akan sangat besar. Oleh sebab itulah penggunaan VHF dan UHF

dengan antena-antena pendek lebih efisien untuk komunikasi jarak dekat.

3. Reflected Wave (gelombang pantul). Adalah komponen groundwave dimana gelombang memantul terlebih dahulu kesuatu obyek sebelum diterima antena penerima. Pemantulan dapat terjadi secara horizontal maupun vertikal terhadap bidang datar (ground). Gelombang pantulan dapat menyebabkan masalah komunikasi (interferensi). Karena lintasan gelombang pantul akan lebih jauh dari gelombang langsung (direct wave) maka gelombang pantul akan sampai ke antena penerima setelah gelombang langsung. Bila kedua gelombang “sefase”, resultannya saling memperkuat, tetapi bila berbeda phasa bahkan sampai 180 , akan menimbulkan “Cancelling effect”, yaitu tidak

adanya sinyal pada antena penerima, meskipun antena pemancar jelas terlihat (Line of Sight). Untuk mengatasi interferensi ini cobalah dengan menggeser kedudukan antena atau mengatur ketinggiannya.

4. Tropospheric Wave (Gelombang Tropospherik). Adalah komponen Ground

wave sinyal dari suatu antena pemancar terperangkap pada medium di

troposfer, yang di kenal dengan istilah “Tropospheric duct” Perangkap ini menyebabkan sinyal dapat merambat jauh, beberapa kali jangkauan normalnya. Gambar 2.3 mmperlihatkan ilustrasi dari “Trophosperic duct”.

Troposferic Duct Tropospher Tx

B U M I

Gambar 2.3 Ilustrasi “Trophosperic duct” Fenomena ini bersifat eksidensial, tidak bisa kita duga/prediksi bilamana terjadinya, apalagi untuk dimanfaatkan.

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

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

Obstacle Arah gelombang

Gambar 2.4 Ilustrasi Defraksi Gelombang

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

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

Tx Rx Arah gelombang

2.2.2 Propagasi Gelombang Langit (Sky Wave Propagation).

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

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

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

A. Penggunaan Frekuensi Kerja.

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

B. Instalasi Antena.

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

2 θ

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

Ionosfer θ1 θ2

BUMI

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

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

F2 Ionosfer

F1 E F D

2 Arah gelombang

Gambar 2.7 Lapisan-lapisan Ionosfer

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

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

b. Meredam sinyal HF, sehingga tidak mendukung untuk komunikasi HF. c. Digunakan untuk komunikasi LF dan VLF.

d. Hilang di malam hari. 2) Lapisan E.

a. Tinggi 88,5 - 145 km.

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

c. Muncul/ada di siang hari.

d. Terkadang muncul sporadic E 3) Lapisan F1.

a. Ketinggian 145 - 242 km.

b. Hanya ada di siang hari.

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

d. Meredam sinyal. 4) Lapisan F2.

a. Ketinggian 242 - 402 km.

b. Tingkat ionisasi tertinggi dan maksimum saat siang hari.

c. Merupakan lapisan terpenting untuk propagasi sinyal HF.

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

Gambar 2.8 memperlihatkan ilustrasi pemantulan gelombang pada malam hari oleh ionosfer.

Lapisan F

Arah gelombang

Tx A B C A B

A : Gelombang pada siang hari B : Gelombang pada malam hari

Gambar 2.8 Ilustrasi Pemantulan Gelombang pada Malam Hari

2.3 Pemanfaatan frekuensi 433 MHz

Frekuensi 433 MHz termasuk dalam spesifikasi kanal Industrial, scientific

and medical (ISM) yang ditujukan untuk aplikasi lokal dalam dunia industri,

pengujian ilmu pengetahuan, dan aplikasi kedokteran [4]. Rentang frekuensi ISM dimulai dari beberapa kHz sampai beberapa ratus GHz dengan variasi penggunaan yang beragam, seperti ditunjukkan pada Tabel 2.2 [4].

Tabel 2.3. Frekuensi ISM dan aplikasinya Tugas Akhir ini menggunakan frekuensi ISM 433 MHz disebabkan oleh beberapa hal, antara lain : Sistem perambatan gelombang frekuensi 433 MHz tidak sensitif terhadap fenomena refleksi, terutama pada hambatan dinding, struktur logam dan air. Operasi narrowband dari radio 433 MHz yang berada pada sub-GHz memungkinkan rentang jarak transmisi mencapai jarak dalam orde beberapa kilometer dengan kebutuhan daya kecil. Hal ini lebih baik jika dibandingkan dengan frekuensi 2.45 GHz yang menghasilkan jarak lebih rendah dengan anggaran daya yang sama. Ditinjau dari konsumsi daya, frekuensi 433 MHz memerlukan energi lebih rendah setiap bitnya dibanding frekuensi yang lebih tinggi. Selain itu, biaya pembangunan sistem rendah, serta tidak membutuhkan repeater. Sistem 433 MHz juga menggunakan antena yang berukuran kecil, frekuensi 433 MHz memiliki atenuasi yang relatif lebih rendah dibandingkan frekuensi ISM lain [5].

Ditinjau dari ketersediaan perangkat, sistem radio 433 MHz umum digunakan di banyak negara, seperti Eropa, Amerika, Cina, Australia, Selandia Baru dan Jepang. Pita-pita frekuensi 433 MHz di kawasan pengguna diatur oleh regulasi ITU, contohnya, 433 MHz dan 868 MHz digunakan di Eropa, 433 MHz dan 902-928 MHz di Amerika Serikat, 433 MHz di Cina, 433 MHz di Australia, dan 426 MHz di Jepang [4]. Hal ini menyebabkan kemudahan memperoleh modul pesawat radio 433 MHz. Dukungan perangkat radio 433 MHz dijabarkan dalam bagian berikut ini.

2.4 Sistem Pemancar/Penerima Modular

Sistem pemancar/penerima yang disebut sebagai Transceiver pada Pemancar mengirimkan data hasil pengolahan gambar dengan citra keabuan yang terenkapsulasi oleh protokol komunikasi serial ke sistem ground segment. Pada saat ground segment mengirimkan perintah untuk melakukan pengambilan data gambar, maka transceiver pada sisi ground segment berfungsi sebagai penerima.

Transceiver yang diimplementasikan pada penelitian ini adalah sebuah modul

radio 3DR 433 MHz yang diproduksi oleh 3D Robotics.

Beberapa jenis modul radio dapat berkomunikasi dengan peralatan lainnya melalui port yang tersedia pada modul radio tersebut. Modul radio yang digunakan sebagai transceiver pada penelitian ini memiliki port serial sebagai jalur komunikasi ke ground segment. Media penghubung antara keduanya dengan

transceiver tersebut adalah RS-232 to USB serial. Melalui komunikasi ini, ground

segment dapat menerima data dan memerintahkan perangkat modul radio tersebut.

Hal ini lah yang memungkinkan kita untuk mengirimkan data gambar melalui modul radio tersebut.

2.4.1 Sistem Antena Mini

Antena mini yang digunakan pada sistem radio 433 MHz kebanyakan bertipe helix. Antena helix memiliki bentuk geometri seperti pegas (Gambar 2.1) dengan diameter lilitan serta jarak antar lilitan berukuran tertentu. Jika D adalah diameter dari helix, C adalah circumference

(keliling) dari helix: C = πD, S adalah jarak antara lilitan, α sudut jepit (pitch angle): α = arctan S/πD, L adalah panjang dari 1 lilitan, n jumlah lilitan, A merupakan axial length: A= n.S, dan d adalah diameter konduktor helix, maka gain (G) antenna diberikan oleh [6]:

2 G=11,8 + log(C

A) (2.2) Diameter dan keliling menentukan gain antenna helix. Makin panjang antenna helix maka makin besar pula gainnya. Antena helix biasanya dipasang diatas sebuah ground plane seperti pada Gambar 2.9 [6].

Gambar 2.9 Bentuk geometri antenna helix.

2.4.2. Konektor Mini

SMA (SubMiniature versi A) konektor semi-presisi konektor coaxial RF dikembangkan pada tahun 1960 sebagai konektor antarmuka minimal untuk kabel koaksial dengan mekanisme kopling tipe sekrup. Konektor ini memiliki impedansi 50 Ω. Konektor ini dirancang untuk bekerja pada sinyal DC sampai 18 GHz. SMA (miniatur A) konektor dirancang oleh Bendix Scintilla Corporation dan merupakan salah satu yang paling umum digunakan konektor RF / microwave [7].

Hal ini dimaksudkan untuk digunakan pada kabel semi-rigid dan komponen yang terhubung renggang. Dibutuhkan dielektrik kabel langsung ke antarmuka tanpa celah udara. Beberapa ratus siklus interkoneksi yang mungkin jika dilakukan dengan hati-hati dan perawatan harus diambil untuk digabungkan dengan konektor lurus-on. Sebelum membuat koneksi adalah bijaksana untuk memeriksa akhir konektor female untuk memastikan bahwa soket pusat dalam kondisi baik

(jari tidak bengkok atau hilang). Konektor SMA adalah jenis umum dan murah, tetapi kurangnya presisi mempengaruhi daya tahan dan kinerja mereka, dan dapat menyebabkan keausan meningkat ketika dipasangkan dengan lainnya (presisi) konektor. SMA konektor hanya dinilai untuk jumlah yang sangat terbatas dari siklus koneksi dan harus diperiksa sebelum setiap penggunaan. Untuk lebih mengerti mengenai konektor tersebut dapat ditunjukkan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Bentuk Konektor SMA.

Modul 3DR Radio 433 MHz memiliki antena bawaan berupa antena helix yang sesuai dengan frekuensi 433 MHz. Antena ini menggunakan konektor SMA tipe male yang telah berpasangan dengan konektor SMA tipe female yang ada pada modul 3DR Radio 433 MHz pada sisi penerima dan pengirim.

2.4.3 Komunikasi Serial

Komunikasi serial adalah komunikasi yang pengiriman datanya per-bit

secara berurutan dan bergantian. Komunikasi ini mempunyai suatu kelebihan

yaitu hanya membutuhkan satu jalur dan kabel yang sedikit dibandingkan dengan

komunikasi paralel. Pada prinsipnya komunikasi serial merupakan komunikasi

dimana pengiriman data dilakukan per bit sehingga lebih lambat dibandingkan

komunikasi parallel, atau dengan kata lain komunikasi serial merupakan salah

satu metode komunikasi data di mana hanya satu bit data yang dikirimkan melalui

seuntai kabel pada suatu waktu tertentu. Pada dasarnya komunikasi serial adalah

kasus khusus komunikasi paralel dengan nilai n = 1, atau dengan kata lain adalah

suatu bentuk komunikasi paralel dengan jumlah kabel hanya satu dan hanya

mengirimkan satu bit data secara simultan.Hal ini dapat disandingkan dengan

komunikasi paralel yang sesungguhnya di mana n-bit data dikirimkan bersamaan,

dengan nilai umumnya 8

≤ n ≤ 128 [8].

Komunikasi serial ada dua macam, asynchronous serial dan synchronous

serial . Synchronous serial adalah komunikasi dimana hanya ada satu pihak

(pengirim atau penerima) yang menghasilkan clock dan mengirimkan clock tersebut bersama-sama dengan data. Contoh pengunaan synchronous

serial terdapat pada transmisi data keyboard. Asynchronous serial adalah

komunikasi dimana kedua pihak (pengirim dan penerima) masing-masing menghasilkan clock namun hanya data yang ditransmisikan, tanpa clock. Agar data yang dikirim sama dengan data yang diterima, maka kedua frekuensi clock harus sama dan harus terdapat sinkronisasi. Setelah adanya sinkronisasi, pengirim akan mengirimkan datanya sesuai dengan frekuensi clock pengirim dan penerima akan membaca data sesuai dengan frekuensi clock penerima. Contoh penggunaan asynchronous serial adalah pada Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) yang digunakan pada serial port (COM) komputer.

Antarmuka Kanal serial lebih kompleks/sulit dibandingkan dengan antarmuka melalui kanal paralel, hal ini disebabkan karena [8]:

1. Dari Segi perangkat keras: adanya proses konversi data pararel menjadi serial atau sebaliknya menggunakan piranti tambahan yang disebut UART (Universal

Asynchronous Receiver/Transmitter ).

Namun di sisi lain antarmuka kanal serial menawarkan berapa kelebihan dibandingkan secara paralel, antara lain [8]:

1. Kabel untuk komunikasi serial bisa lebih panjang dibandingkan dengan parallel, data-data dalam komunikasi serial dikirim-kan untuk logika ‘1’ sebagai tegangan -3 s/d -25 volt dan untuk logika ‘0’ sebagai tegangan +3 s/d +25 volt, dengan demikian tegangan dalam komunikasi serial memiliki ayunan tegangan maksimum 50 volt, sedangkan pada komunikasi paralel hanya 5 volt. Hal ini menyebabkan gangguan pada kabel-kabel panjang lebih mudah diatasi dibandingkan pada parallel.

2. Jumlah kabel serial lebih sedikit, kita bisa menghubungkan dua perangkat komputer yang berjauhan dengan hanya 3 kabel untuk konfigurasi null modem, yaitu TXD (saluran kirim), RXD(saluran terima) dan Ground, bayangkan jika digunakan teknik paralel akan terdapat 20 – 25 kabel. Namun pada masing- masing komputer dengan komunikasi serial harus dibayar “biaya” antarmuka serial yang agak lebih mahal.

3. Banyaknya piranti saat ini (palmtop, organizer, hand-phone dan lain-lain) menggunakan teknologi infra merah untuk komunikasi data, dalam hal ini pengiriman datanya dilakukan secara serial. IrDA-1 (spesifikasi infra merah pertama) mampu mengirimkan data dengan laju 115,2 kbps dan Konsep Komunikasi Serial 2 dibantu dengan piranti UART, hanya panjang pulsa berkurang menjadi 3/16 dari standar RS-232 untuk menghemat daya.

4. Untuk teknologi embedded system, banyak mikrokontroler yang dilengkapi dengan komunikasi serial (baik seri RISC maupun CISC) atau Serial

Communication Interface (SCI); dengan adanya SCI yang terpadu pada 1C mikrokontroler akan mengurangi jumlah pin keluaran, sehingga hanya dibutuhkan 2 pin utama TxD dan RxD (di luar acuan ground).

2.5 Sistem Telemetri

Telemetri berasal dari akarakni: tele = jarak jauh,

dan metron = pengukuran. Telemetri adalah proses pengukuran parameter suatu

obyek (benda, ruang, kondisi alam), yang hasil pengukurannya dikirimkan ke tempat lain melalui proses pengiriman data, baik dengan menggunakan kabel maupun tanpa kabel (wireless) [9]. Data yang ditransmisikan bisa berupa data pengukuran maupun gambar. Sistem telemetri yang yang dikembangkan pada penelitian ini merupakan sistem telemetri tanpa kabel, menggunakan gelombang radio sebagai medium transmisi data, dan data yang dikirimkan adalah gambar periodik.

Fotogrametri adalah suatu metode pemetaan objek-objek dipermukaan bumi yang menggunakan foto udara sebagai media, dimana dilakukan penafsiran objek dan pengukuran geometri untuk selanjutnya dihasilkan peta garis, peta digital maupun peta foto. Secara umum fotogrametri merupakan teknologi geo- informasi dengan memanfaatkan data geo-spasial yang diperoleh melalui pemotretan udara. Teknologi ini merupakan salah satu dari sistem telemetri yang mengambil gambar sebagai data informasinya [10].

Konfigurasi pada subsistem transmit menjelaskan bahwa pengiriman pada sistem telemetri menjadi sederhana atau kompleks tergantung pada kebutuhan perancang dan analis yang menggunakan data. Konfigurasi disediakan untuk membantu mengidentifikasi persoalan utama dalam membuat rancangan perangkat telemetri yang pada akhirnya akan ditentukan oleh sejumlah faktor, termasuk jumlah aliran data, karakteristik pengujian, ketersediaan ruang untuk pemasangan pemancar dan antena, dan lokasi perangkat penerima data. Perangkat pengirim digunakan pada berbagai aplikasi sistem telemetri yang bertugas untuk menyampaikan data melalui metode digital atau analog ke stasiun penerima. Data yang dikirimkan dapat mencakup data diskrit atau analog, video, radar maupun data komputer. Perangkat pengirim umumnya menggunakan frekuensi termodulasi yang menghasilkan sinyal keluaran dengan daya tidak berubah ada atau tanpa modulasi.

Perangkat pengkopling merupakan komponen coupler dan kabel yang digunakan dalam perancangan perangkat telemetri bervariasi sesuai dengan ketentuan perancang. Aspek ini sangat berpengaruh pada sistem telemetri dan biasanya diremehkan oleh para perancang. Beberapa komponen yang sering ditemukan dalam subsistem perangkat pengirim dan menjadi karakteristik penting untuk dipertimbangkan saat membeli dan menggunakan komponen tersebut.

Kabel coaxial adalah salah satu diantaranya yang menjadi komponen utama yang digunakan pada perangkat pengirim yang mampu membuat antena, komponen RF dan semua subsistem RF telemetri agar saling terhubung. Antena merupakan komponen paling dasar untuk membangun perangkat telemetri. Antena sangat berpengaruh pada perancangan sistem telemetri, adapun parameter utama dalam menentukan antena yang sesuai dengan perangkat telemetri kita, diantaranya adalah : Operating Frequency, Impedance, Voltage Standing Wave Ratio (VSWR),

Power Capability, Connector Types, Polarization, Radiation Efficiency, Antenna

Pattern and Gain. Parameter mekanik, aerodinamis, dan lingkungan juga

termasuk paramaeter penting lain yang perlu dipertimbangkan ketika memilih

Telemetry bands merupakan salah satu hal yang harus dipahami sebelum

merencanakan setiap kali merancang maupun melakukan pengujian setiap sistem telemetri yang baru, guna mematuhi peraturan frekuensi alokasi yang berlaku disetiap negara yang ada didunia ini. Di Amerika Serikat, ada pita frekuensi tertentu yang dialokasikan untuk penggunaan telemetri dan pemanfaatan spektrum tertentu yang tercatat oleh IRIG Standard 106 sebagai badan yang mengalokasi frekuensi dinegara tersebut. Karakteristik Lintasan Radio Frekuensi dapat menjadi masalah yang besar pada sistem komunikasi nirkabel ketika terjadi gangguan Multipath yang disebabkan oleh signal fading dan signal outage [11].

Subsistem receive memberikan gambaran tentang karakteristik sistem yang penting untuk memperoleh data telemetri dari sumber radiasi perangkat pengirim. Pada hal ini lebih difokuskan pada sistem penerima RF yang dimasksudkan sebagai panduan untuk memastikan bahwa kinerja sistem penerima dioptimalkan untuk cukup menerima signal to noise (S/N) pada tingkat bit tertentu. Sistem penerimaan data yang diperoleh melalui sinyal carier yang telah termodulasi. Data yang diterima harus high fidelity dan sebisa mungkin serupa dari data yang dikirimkan dan bebas dari gangguan maupun error. Adapun pemodelan sistem telemetri radio ditunjukkan pada Gambar 2.11 [1].

2.6 Single Board Computer

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

Perbedaan lain SBC dengan PC biasa adalah : ada pin-pin GPIO (General

Purpose Input Output ) yang bisa dihubungkan dengan device “apapun” (ada

batasan kecepatan, jadi sebenarnya tidak 100% apapun). PC lama memiliki port

hardware eksternal, tapi PC baru biasanya hanya memiliki konektor tampilan,

ethernet , dan USB. Dalam banyak kasus USB ini terlalu rumit dan

memilikiyang terlalu tinggi untuk berkomunikasi dengan device eksternal [12]. Ketika menggunakan sistem operasi biasa (non-realtime) di SBC, perilaku sistem terkadang tidak bisa diprediksi dalam masalah timing, misalnya: sistemnya terlalu lama dalam menyalakan LED sejak tombolnya ditekan dan ternyata sistemnya sedang sibuk karena ada proses lain yang dikerjakan. Ketika mulai mengalami masalah seperti ini, saatnya untuk mulai menggunakan

uk SBC. Sebagai catatan : hampir semua SBC saat ini

menggunakan prosessor ARM, tapi ada juga yang memakai Intel, dan sedikit sekali yang memakai MIPS. Sebuah SBC memiliki banyak komponen, dan diproduksi secara khusus. Oleh karena itu diperlukan hardware dan keahlian untuk membuat sebuah SBC. Chip yang digunakan umumnya menggunakan

packaging BGA (Ball Grid Array) yang tidak bisa disolder dengan solder biasa.

Dalam banyak kasus, kita tidak perlu tahu mengenai proses produksi ini, tapi ketika kita sudah menyelesaikan sebuah prototipe dan ingin merilis produk, komponen-komponen ekstra yang tidak dipakai akan menambah biaya dan penggunaan daya. Ini sebabnya mengapa beberapa SBC memiliki beberapa versi, misalnya Raspberry Pi memiliki dua versi : dengan dan tanpa ethernet card (yang harganya berbeda 10 USD). Raspberry Pi yang memiliki 2 port USB untuk

keyboard dan mouse dan juga memiliki port HDMI untuk dapat dikoneksikan

dengan monitor. Monitor saat ini masih banyak menggunakan port VGA lain halnya dengan Raspberry Pi. Raspberry Pi menggunakan port HDMI yang telah dikonversikan ke DVI untuk digunakan sebagai output dalam bentuk visual mikrokontroller. Dengan sebuah Raspberry Pi seseorang dapat membuat proses

computing yang hampir tidak terpikirkan menjadi mungkin terwujud. Salah

satunya adalah penelitian Pi In The Sky yang dapat mangambil gambar permukaan bumi dari luar angkasa.

Mempelajari single board computer berarti kita sedang mempelajari

embedded system dengan metode belajar yang lebih mudah. Belajar embedded

system merupakan cara yang baik untuk lebih mengenal arsitektur komputer. Pada

PC/Tablet/Smartphone, ada begitu banyak “layer” yang mempersulit pemahaman kita tentang hardware, tapi dengan mempelajari embedded system kita bisa langsung berinteraksi dengan hardware, bahkan tanpa menggunakan sistem operasi sama sekali. Sebenarnya tidak hanya single board computer yang digunakan sebagai jalur untuk belajar embedded system, ada satu lagi jalur alternatif untuk belajar embedded system dengan mudah dan praktis tanpa menggunakan sistem operasi sama sekali yaitu single board microcontroller dan beberapa versi yang sering kita temui dipasaran, seperti : Arduino, Parallax Propeller, LaunchPad MSP430, dan sebagainya. Sedangkan versi lain dari single

board computer yang ada dipasaran selain Raspberry Pi seperti yang dijelaskan

sebelumnya, yaitu : BeagleBoard, BeagleBone Black, Cubie Board, RadXa dan lain sebagainya [12].

2.7 Computer Vision

Python dikembangkan oleh Guido van Rossum pada tahun 1990 di CWI

Amsterdam sebagai kelanjutan dari bahasa pemrograman ABC. Versi terakhir

yang dikeluarkan CWI adalah 1.2. Tahun 1995, Guido pindah ke CNRI sambil

terus melanjutkan pengembangan Python. Versi terakhir yang dikeluarkan adalah

1.6. Tahun 2000, Guido dan para pengembang inti Python pindah ke BeOpen.com

yang merupakan sebuah perusahaan komersial dan membentuk BeOpen

PythonLabs. Python 2.0 dikeluarkan oleh BeOpen. Setelah mengeluarkan Python

2.0, Guido dan beberapa anggota tim PythonLabs pindah ke DigitalCreations.

Nama Python itu sendiri dipilih oleh Guido karena kecintaan guido pada suatu

acara televisi Monty Python’s Flying Circus [13]. Oleh karena itu seringkali

ungkapan-ungkapan khas dari acara tersebut seringkali muncul dalam

korespondensi antar pengguna Python. Gambar 2.12 menunjukkan idle icon dari

python dan Gambar 2.13 menunjukkan idle window Python 2.75 [13].

Gambar 2.12 Idle icon Python.

Python merupakan sebuah bahasa pemrograman berupa scripting. Didunia bahasa pemrograman scripting, Python relatif datang dari sisi scene yang membuat banyak orang yakin dan percaya. Dikembangkan pada akhir tahun 1980, kemungkian 15 tahun setelah konsep dari Unix yang dipelopori oleh Guido Van Rossum [13]. Python adalah bahasa pemrograman dinamis yang mendukung pemrograman berorientasi obyek. Python dapat digunakan untuk berbagai sistem operasi. Seperti halnya bahasa pemrograman dinamis, python seringkali digunakan sebagai bahasa skrip dengan interpreter yang teintergrasi dalam sistem operasi. Saat ini kode python dapat dijalankan pada sistem berbasis:

1. Linux / Unix

2. Windows

3. Mac OS X

4. Java Virtual Machine

5. Symbian

Gambar 2.13 Python 2.75 Idle Window

Computer Vision adalah ilmu dan teknologi mesin yang melihat, di mana

mesin mampu mengekstrak informasi dari gambar yang diperlukan untuk menyelesaikan tugas tertentu. Sebagai suatu disiplin ilmu, visi komputer berkaitan dengan teori di balik sistem buatan bahwa ekstrak informasi dari gambar. Data gambar dapat mengambil banyak bentuk, seperti urutan video, pandangan dari beberapa kamera, atau data multi-dimensi dari scanner medis. Sedangkan sebagai disiplin teknologi, computer vision berusaha untuk menerapkan teori dan model untuk pembangunan sistem computer vision. Computer Vision didefinisikan sebagai salah satu cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari bagaimana komputer dapat mengenali obyek yang diamati. Cabang ilmu ini bersama

Artificial Intelligence akan mampu menghasilkan Visual Intelligence System.

Perbedaannya adalah Computer Vision lebih mempelajari bagaimana komputer dapat mengenali obyek yang diamati. Namun komputer grafik lebih ke arah pemanipulasian gambar (visual) secara digital. Bentuk sederhana dari grafik komputer adalah grafik komputer 2D yang kemudian berkembang menjadi grafik komputer 3D, pemrosesan citra, dan pengenalan pola. Grafik komputer sering dikenal dengan istilah visualisasi data [14].

Gambar 2.14 Hubungan kombinasi computer vision.

Computer Vision memiliki hubungan kombinasi yang ditunjukkan pada Gambar

2.14 dan diantara kombinasi tersebut adalah [14]:

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

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

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

1. Proses penangkapan citra (Image Acquisition)

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

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

c. Umumnya mata pada computer vision adalah sebuah kamera video.

d. Kamera menerjemahkan sebuah scene atau image.

e. Keluaran dari kamera adalah berupa sinyal analog, dimana frekuensi dan amplitudonya (frekuensi berhubungan dengan jumlah sinyal dalam satu detik, sedangkan amplitudo berkaitan dengan tingginya sinyal listrik yang dihasilkan) merepresentasikan detail ketajaman (brightness) pada scene. f. Kamera mengamati sebuah kejadian pada satu jalur dalam satu waktu, memindainya dan membaginya menjadi ratusan garis horizontal yang sama.

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

h. Kemudian sinyal listrik ini diubah menjadi bilangan biner yang akan digunakan oleh komputer untuk pemrosesan. i. Karena komputer tidak bekerja dengan sinyal analog, maka sebuah analog‐to‐digital converter (ADC), dibutuhkan untuk memproses semua sinyal tersebut oleh komputer. j. ADC ini akan mengubah sinyal analog yang direpresentasikan dalam bentuk informasi sinyal tunggal ke dalam sebuah aliran (stream) sejumlah bilangan biner. k. Bilangan biner ini kemudian disimpan di dalam memori dan akan menjadi data raw yang akan diproses.

2. Proses pengolahan citra (Image Processing)

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

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

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

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

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

3. Analisa data citra (Image Analysis)

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

b. Sebuah program komputer akan mulai melihat melalui bilangan biner yang

merepresentasikan informasi visual untuk mengidentifikasi fitur‐fitur spesifik dan karekteristiknya.

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

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

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

4. Proses pemahaman data citra (Image Understanding)

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

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

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

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

SimpleCV merupakan sebuah framework berbasis open source yang digunakan untuk membangun aplikasi berbentuk computer vision [15]. Dengan menggunkannya memungkinkan kita untuk mengakses beberapa fungsi tertentu yang terdapat pada library computer vision seperti halnya yang terdapat pada OpenCV yang dijalankan pada bahasa pemrograman Python. Tanpa perlu belajar terlebih dahulu mengenai bit depths, file formats, color spaces, buffer

management, eigenvalues, atau matrix versus bitmap storage kita sudah bisa dan

mudah untuk membuat aplikasi tersebut. Hal ini yang membuatnya menjadi lebih popular dibandingkan framework computer vision lainnya. SimpleCV adalah kumpulan dari banyak library dan software yang dapat digunakan untuk membangun aplikasi vision. SimpleCV juga memperbolehkan kita bekerja secara

streaming gambar atau video yang diperoleh dari kamera webcam, Kinects,

FireWire, dan IP kamera atau mobile phones. Hal inilah yang membantu kita

membangun software untuk membuat variasi teknologi yang berbeda yang tidak hanya dilihat oleh dunia tetapi juga dapat dimengerti dan dipahami. SimpleCV yang ditulis pada bahasa pemrograman Python dan gratis untuk digunakan menjadi kelebihan yang luar biasa dan dapat dijalankan pada Mac, Windows, dan Ubuntu Linux, dan lisensinya berada dibawah naungan BSD license.

2.8 Konsep Dasar Pengolahan Citra Digital

Citra digital adalah sebuah fungsi 2D, f(x,y), yang merupakan fungsi

intensitas cahaya, dimana nilai x dan y merupakan koordinat spasial dan nilai

BAB II SISTEM RADIO 433 MHZ DAN APLIKASI TELEMETRI 2.1 Dasar Radio Frekuensi - Rancang Bangun Perangkat Telemetri Radio 433 Mhz Untuk Transmisi Data Gambar