Rancangan Quadcopter Untuk Sistem Pemantau Udara Berbasis Mikrokontroller ATmega 328

RANCANGAN QUADCOPTER UNTUK SISTEM PEMANTAU
UDARA BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328

SKRIPSI

LAMHOT SIHALOHO
100801037

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014

Universitas Sumatera Utara

RANCANGAN QUADCOPTER UNTUK SISTEM PEMANTAU
UDARA BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328

SKRIPSI


Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains

LAMHOT SIHALOHO
100801037

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014

Universitas Sumatera Utara

PERSETUJUAN

Judul

: Rancangan Quadcopter Untuk Sistem Pemantau
Udara Berbasis Mikrokontroller ATmega 328


Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas

: Skripsi
: Lamhot Sihaloho
: 100801037
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara

Disetujui di
Medan, September 2014

Disetujui Oleh

Pembimbing II

Pembimbing I

Dr. Bisman P. M. Eng, Sc
NIP. 195609181985011002

Dr. Nasruddin MN, M. Eng, Sc
NIP. 195507061981021002

Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang
NIP. 195510301980031003

i
Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN


RANCANGAN QUADCOPTER UNTUK SISTEM PEMANTAU
UDARA BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328

SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di
dalammya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang
masing- masing disebutkan sumbernya.

Medan, September 2014

LAMHOT SIHALOHO
100801037

ii
Universitas Sumatera Utara

PENGHARGAAN


Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah
memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul Rancangan Quadcopter Untuk
Sistem Pemantau Udara Berbasis Mikrokontroller ATmega 328. Laporan
tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar sarjana
fisika. Penelitian skripsi ini dilakukan di Laboratorium Fisika Instrumentasi
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara,
sesuai dengan waktu yang ditetapkan.
Penulis juga menyampaikan banyak terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Nasruddin MN, M. Eng, Sc selaku dosen pembimbing I di
USU yang telah memebrikan bimbingan, waktu dan tenaga dalam
penyelesaian tugas akhir ini.
2. Bapak Dr. Bisman P. M. Eng, Sc selaku dosen pembimbing II di USU
yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga dalam penyelesaian
tugas akhir ini.
3. Bapak Dr. Sutarman, M. Sc sebagai dekan Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) USU. Bapak Dr. Marhaposan
Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Drs.
Syahrul Humaidi, M. Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA
USU beserta seluruh staf pengajar dan pegawai Departemen Fisika

FMIPA USU.
4. Bapak saya J. Sihaloho dan Ibu T. Siagian, kak Mariati Sihaloho, kak
Paskaria Sihaloho, kak Jojor Maria Sihaloho, dan adik Fransisca Anjeli
Sihaloho, beserta keluarga besar yang memberikan dukungan, doa dan
semangat dalam penyelesaian tugas akhir ini.
5. Fitry Totryanti Silaban yang selalu mendukung, memotivasi,
mendoakan dan selalu memberi semangat kepada saya selama
penyelesaian tugas akhir ini.

iii
Universitas Sumatera Utara

6. Seluruh teman- teman saya di Jurusan Fisika angkatan 2010 yang
selalu memberikan semangat kepada saya dalam penyelesaian skripsi
ini.
7. Seluruh adik-adik saya di Jurusan Fisika mulai dari angkatan 2011
sampai 2013 yang selalu memberikan semangat kepada saya dalam
penyelesaian skripsi ini.
8. Seluruh teman-teman saya di Ikatan Alumni SMA Katolik Xaverius
dan Ikatan Alumni SLTP Yos Sudarso II yang selalu memberikan

semangat kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini.

iv
Universitas Sumatera Utara

RANCANGAN QUADCOPTER UNTUK SISTEM PEMANTAU
UDARA BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328

ABSTRAK

Telah dirancang sebuah sistem pemantau udara (quadcopter) untuk pemantau
yang dapat mengendalikan objek terbang di udara. Sistem quadcopter tersebut
memiliki ukuran 30 cm x 30 cm terdiri dari empat buah baling baling (panjang
20.32 cm). Dalam menjaga keseimbangan quadcopter selama bermanufare di
udara, digunakan sensor accelerometer MMA7260Q. Remote control memberikan
perintah dan ditangkap receiver pada quadcopter, perintah atau data yang diterima
oleh receiver diproses oleh mikrokontroller ATmega 328. ATmega 328 membaca
data yang diberikan dan memberikan sinyal pada setiap komponen untuk
melaksanakan perintah. Quadcopter menggunakan cctv wireless yang dapat
merekam objek dan dilengkapi dengan sistem pengiriman dengan pemancar

Rf433. Kemudian data yang dikirim ditangkap oleh receiver pada PC. Untuk
menghubungkan antara penerima (receiver) dengan Personal Computer (PC)
dibutuhkan converter, hal ini dibutuhkan karena pada Personal Computer (PC)
tidak mempunyai konektor AV (audio video), oleh sebab itu dibutuhkan easy
capture . Dari hasil pengujian motor, quadcopter mendapatkan respon untuk
terangkat dimulai dari pulsa 77 dengan rata-rata nilai Revolution Per
Minute (RPM) 122.75 dan rata-rata Pulse Width Modulation (PWM) 13.47 Hz.
Dari hasil pengujian kemiringan dapat diketahui bahwa kemiringan tergantung
posisi quadcopter.
Kata Kunci : Quadcopter, Sensor accelerometer MMA7260Q, Mikrokontroller
ATmega 328, PC, baling-baling.

v
Universitas Sumatera Utara

DESIGNING OF QUADCOPTER FOR AIR MONITORING
SYSTEM BASED WITH ATMEGA 328 MICROCONTROLLER

ABSTRACT


An air monitoring system (quadcopter) that have purposed to monitoring which
can control flying object through the air, have been designed. The quadcopter
system has a size of 30 cm x 30 cm which consists of four propellers (have length
20.32 cm). To maintaining of quadcopter during manufaring in the air, used
MMA7260Q accelerometer sensor. The remote control gives a command and the
receiver,it processed by the Atmega 328 microcontroller. The Atmega 328
microcontroller will read input data and signals on every component to execute
the command. Quadcopter using wireless cctv to recorded the object and was
equipped by a delivery system with RF433 transmitter. Then, data which have
been sent, is capture by receiver on PC. To connected the receiver with PC needed
a converter , it is needed because PC does not have AV connector (audio video),
so that, it would takes the easy capture. From the resulted and analyzed testing of
the motor, show that quadcopter response to elevated at pulse which started from
77 with have an average value of Revolution Per Minute (RPM) is 122.7 and
average value of Pulse Width Modulation (PWM) is 13.47 Hz. From the resulted
of slope testing, it was knew that the slope was depended by quadcopter position.
Keywords: Quadcopter, MMA7260Q accelerometer sensor, Microcontroller
ATmega 328, PC, Propeller.

vi

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi

Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract

Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
Bab 1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Tempat Penelitian
1.7 Sistematika Penulisan

1
3
3
4
4
4
4

Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Quadcopter
2.1.1 Sistem Gerak Quadcopter
2.1.2 Konsep Kendali dan Anatomi Quadcopter
2.2 Wireless
2.2.1 Komunikasi Wireless
2.2.2 Klasifikasi Jaringan Wireless
2.3 Gelombang Radio
2.4 Pemrograman Bahasa C
2.4.1 Tipe Data
2.4.2 Konstanta Variabel
2.4.3 Codevision AVR
2.5 Baling-Baling
2.6 Sensor Accelerometer
2.6.1 Fitur-Fitur Pada Accelerometer
2.6.2 Parameter Accelerometer
2.7 Motor BLDC (Brushless Direct Current)
2.8 Elektronika Speed Control
2.9 Remote Control
2.10 Wireless CCTV
2.11 Pengukuran Sudut Kemiringan
2.12 Mikrikontroller ATmega 328
2.12.1 Fitur Mikrokontroller ATmega 328

6
6
7
7
9
10
11
12
13
14
15
15
16
17
18
19
19
20
20

vii
Universitas Sumatera Utara

2.12.2 Konfigurasi Mikrokontroller ATmega 328
Bab 3. Metodologi Penelitian
3.1 Diagram Blok
3.2 Rangkaian Accelerometer MMA7260Q
3.3 Rangkaian Mikrokontroller ATmega 328
3.4 Rangkaian ESC (Easy Speedy Control)
3.5 Rangkaian Pemancar Rf433
3.6 Rangkaian Motor Brushless
3.7 Perancangan Mekanik Quadcopter
3.8 Perancangan Sistem Pemantau
3.9 Rangkaian Remote Control
3.10 Diagram Alir

21

24
24
27
28
28
29
30
30
31
33

Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Pengujian Motor
4.2 Pengujian Sensor Accelerometer MMA7260Q
4.2.1 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Stabil
4.2.2 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Miring ke Kanan
4.2.3 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Miring ke Kiri
4.2.4 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Condong
ke Depan
4.2.5 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Condong
ke Belakang
4.2.6 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Serong
Kanan Depan
4.2.7 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Serong
Kiri Depan
4.2.8 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Serong
Kanan Belakang
4.2.9 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Serong
Kiri Belakang
4.3 Pengujian Sistem Pemantau
4.4 Pengujian Mikrokontroller ATmega 328

34
38
38
39
39
40
40
41
41
42
42
44
45

Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran

46
47

Daftar Pustaka

48

viii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Nomor
Tabel
Tabel 2.1
Tabel 2.2
Tabel 2.3
Tabel 3.1
Tabel 4.1
Tabel 4.2
Tabel 4.3

Judul

Halaman

Panjang Gelombang dan Frekuensi Gelombang Radio
Tipe Data
Jenis dan Fitur Sensor Accelerometer
Diskripsi Tingkat Sensitivitas Accelerometer MMA7260Q
Hasil Pengukuran Pulsa Dari RC Dengan RPM
Motor Brushless
Hasil Pengukuran tegangan Mikrokontroller Terhadap
Motor Brushless
Hasil Pengukuran Tegangan Vin Terhadap Pulsa RC

10
11
15
26
35
36
37

ix
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Nomor
Gambar

Judul

Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5

Halaman

Motor Brushless
Elektronika Speed Control
Remote Control
Tampilan Architecture ATmega 328
Konfigurasi Pin ATmega 328
Konfigurasi Port B
Konfigurasi Port C
Konfigurasi Port D
Diagram Blok Sistem Kendali Quadcopter
Rangkaian Accelerometer MMA7260Q
Rangkaian Mikrokontroller ATmega 328
Rangkaian Elektronika Speed Control
(a) Pemancar Rf433
(b) Modul Pemancar Rf433
Gambar 3.6 Rancangan Motor Brushless
Gambar 3.7 Rancangan Mekanik Quadcopter
Gambar 3.8 Rancangan Sistem Pemantau
Gambar 3.9 Easy Capture
Gambar 3.10 Tombol Untuk Remote Control
Gambar 3.11 Rangkaian Remote Control
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Pulsa RC Terhadap Revolution Per Minute
(RPM) Pada Pengujian Motor
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Tegangan (volt) Terhadap Revolution Per
Minute (RPM) Pada Pengujian Motor
Gambar 4.3 Hasil Pengujian Sistem Pemantau

17
18
18
21
21
22
22
23
24
26
27
28
29
29
30
31
31
31
32
34
35
44

x
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor
Lamp
1.
2.
3.
4.
5.

Judul

Rangkaian Keseluruhan
Program Yang Digunakan
Data Sheet Mikrokontroller ATmega 328
Data Sheet Accelerometer MMA7260Q
Dokumentasi Perancangan Sistem Quadcopter

Halaman

50
53
64
67
70

xi
Universitas Sumatera Utara