Perancangan Autonomous Jurnal id. docx
PERANCANGAN AUTONOMOUS PAYLOAD BERBASIS GPS DAN
MIKROKONTROLER PICAXE-40X2 (STUDI KASUS KORINDO 2010
Subhan Rohiman 1), Agus Mulyana 2), Universitas Komputer Indonesia,
subhanrohiman@gmail.com
1) Mahasiswa Teknik Komputer
2) Dosen Teknik Komputer
Abstrak
Masalah pada pengendalian sebuah muatan roket adalah bagaiamana sebuah muatan roket
dapat mengendalikan dirinya secara otomatis. Pengendalian tersebut tidak akan tercapai
tanpa adanya nilai untuk dijadikan acuan. Untuk mendapatkan sebuah nilai untuk dijadikan
acuan pada muatan roket harus dilengkapi dengan sensor. Dari permasalahan ini, maka
diperlukan adanya suatu metode pengendalian muatan roket dengan sistem jarak jauh,
dilengkapi dengan pendeteksian lokasi koordinat. Sistem ini memakai GPS dan
mikrokontroler PICAXE-X2, sehingga lokasi bisa diketahui. Diharapkan sistem ini dapat
membantu mengendalikan sebuah muatan roket secara otomatis sehingga muatan roket dapat
sampai ke tempat yang dituju. Hasil yang diinginkan adalah membangun sitem kendali
otomatis muatan roket yang mampu sampai ke tempat tujuan yang telah ditentukan.
Kata kunci: muatan roket, kendali otomatis, GPS
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Roket merupakan suatu pesawat
antariksa yang sering digunakan untuk
tujuan khusus tertentu. Sebuah roket ini
memiliki makna yang strategis. Apabila
suatu negara memiliki suatu teknologi roket
maka negara tersebut bisa disebut negara
berkembang, dan negara tersebut bisa
disegani oleh negara lain.
Dalam sebuah teknologi roket saat ini
perkembangannya sangat pesat. Sebuah
roket bisa disebut modern dan baik apabila
di dalamnya terdapat suatu muatan yang
sering dinamakan dengan payload.
Payload ini tidak hanya payload biasa
seperti halnya barang yang tidak bisa
memberikan keuntungan apapun, tetapi
dengan adanya payload ini sebuah roket
diharapkan dapat memberikan suatu
informasi yang bisa menguntungkan bagi
penggunanya. Apabila suatu roket di isi
dengan muatan yang baik, maka roket ini
dapat digunakan untuk tujuan tertentu.
Suatu roket yang berisi payload untuk bisa
disebut modern dan bisa memberikan suatu
informasi yang memusaskan, alangkah
baiknya sebuah payload tersebut bisa
dikendalikan secara otomatis dan manual.
Untuk melakukan hal tersebut maka
dibutuhkan
suatu
kemampuan
dan
pemahaman teknologi, maka dibutuhkan
SDM yang terpelajar, dan hal ini bisa
mendorong dunia pendidikan di Negara
Indonesia untuk lebih maju.
Dengan adanya masalah tersebut bisa
digunakan sebuah hardware, pengendali
yang dapat digunakan yaitu “Autonomous
payload
berbasis
GPS
dan
Mikrokontroler PICAXE-40X2” yang
dapat mengontrol pergerakan payload dan
berkomunikasi jarak jauh.
1.2 Rumusan Masalah
Masalah yang akan dibahas adalah
bagaimana merancang, membaca data,
mengolah data, mengendalikan dan
mengirimkan informasi ke ground segment,
menggunakan mikrokontroler PICAXE40X2 sebagai unit kontrolnya. Masalah
yang dibahas difokuskan pada perancangan
dan pengendalian payload tersebut.
2. LANDASAN TEORI
Dalam mentransmisikan data ada tiga
macam metode transmisi data, ketiga
metode tersebut adalah :
2.1 Simplex
a) Sinyal ditransmisi dalam satu arah
b) Stasiun yang satu bertindak sebagai
pengirim (transmitter) dan yang lain
sebagai penerima (receiver), tugasnya
adalah tetap.
c) jarang
digunakan
untuk
sistem
komunikasi data
2.2 Half duplex
a) Sinyal ditransmisikan ke dua arah
secara bergantian
b) Kedua stasiun dapat melakukan
transmisi tetapi hanya sekali dalam
suatu waktu
c) Terdapat “turn around time” (waktu
untuk mengubah arah)
2.3 Full duplex
a) Sinyal ditransmisikan ke dua arah
secara bersamaan
b) Dua arah pada waktu yang sama.
2.4 Pengertian GPS
GPS adalah singkatan dari Global
Positioning System yang merupakan sistem
untuk menentukan posisi dan navigasi
secara global dengan menggunakan satelit.
Sistem ini pertama kali dikembangkan oleh
Departemen Pertahanan Amerika yang
digunakan untuk kepentingan militer
maupun sipil (survey dan pemetaan).
Sistem GPS yang nama aslinya adalah
NAVSTAR GPS (Navigation Satelit
Timming and Ranging Global Positioning
system), mempunyai tiga segmen yaitu:
satelit, pengontrol dan penerima/pengguna.
Satelit GPS yang mengorbit bumi, dengan
orbit dan kedudukan yang tetap, seluruhnya
berjumlah 24 buah dimana 21 buah aktif
bekerja dan 3 buah sisanya adalah
cadangan.
2.5 Penentuan Posisi Dengan GPS
Pada dasarnya penentuan posisi
dengan GPS adalah pengukuran jarak
secara bersama-sama ke beberapa satelit
(yang koordinatnya telah diketahui)
sekaligus. Untuk menentukan suatu titik
dibumi, receiver setidaknya membutuhkan
4 satelit yang dapat ditangkap sinyalnya
dengan baik. Secara default posisi atau
koordinat yang diperoleh bereferensi ke
global datum yaitu World Geodetic System.
Secara garis besar penentuan posisi
dengan GPS ini dibagi menjadi dua metode
yaitu metode absolut dan metode relatif.
a) Metode absolut atau juga dikenal
sebagai point positioning, menentukan
posisi hanya berdasarkan pada 1
pesawat penerima (receiver) saja.
Ketelitian posisi dalam beberapa meter
(tidak
berketelitian
tinggi)
dan
umumnya hanya diperuntukan bagi
keperluan navigasi.
b) Metode relatif atau sering disebut
differential positioning, menentukan
posisi dengan menggunakan lebih dari
sebuah receiver. Satu GPS dipasang
pada lokasi tertentu dimuka bumi dan
secara terus menerus menerima sinyal
dari satelit dalam jangka waktu tertentu
dijadikan sebagai referensi bagi yang
lainya. Metode ini mnghasilkan posisi
berketelitian tinggi dan diaplikasikan
untuk keperluan survey geodesi
ataupun pemetaan yang memerlukan
ketelitian tinggi.
2.6 Sistem Koordinat GPS
Pengenalan tentang sistem koordinat
sangat penting agar dapat menggunakan
GPS secara optimum. Setidaknya ada dua
klasifikasi tentang sistem koordinat yang
dipakai oleh GPS maupun dalam pemetaan
yaitu: sistem koordinat global yang biasa
disebut sebagai koordinat geografi dan
sistem koordinat di dalam proyeksi.
a) Koordinat goegrafi diukur dalam
lintang dan bujur dalam besaran derajat
desimal, derajat menit desimal, atau
derajat menit detik. Lintang diukur
terhadap equator sebagai titik nol (00
sampai 900 positif kearah utara dan 00
sampai 900 negatif kearah selatan).
Bujur diukur berdasarkan titik nol di
Greenwich (00 sampai 1800 kearah
timur dan 00 sampai 1800 kearah
barat).
b) Koordinat
dibidang
proyeksi
merupakan koordinat yang dipakai pada
sistem proyeksi tertentu. Umumnya
berkaitan
erat
dengan
sistem
proyeksinya, walaupun adakalanya
digunakan koordinat geografi dalam
bidang proyeksi. Beberapa sistem
proyeksi yang lazim digunakan di
Indonesia diantaranya adalah: proyeksi
merkator, transverse merkator universal
transverse merkator, kerucut konformal.
Masing-masing sistem tersebut ada
kelebihan dan kekurangan, dan
pemilihan
proyeksi
umumnya
didasarkan pada tujuan peta yang akan
dibuat. Dari beberapa sistem proyeksi
tersebut, proyeksi transverse merkator
dan universal transverse merkator lah
yang banyak digunakan di Indonesia.
Membicarakan sistem koordinat dalam
bidang proyeksi tidak dapat terlepas dari
datum yang digunakan. Ada dua macam
datum yang umum digunakan dalam
perpetaan yaitu datum horizontal dan
datum vertical. Datum horizontal dipakai
untuk menentukan koordinat peta (X,Y),
sedangkan
datum
vertikal
untuk
menentukan elevasi (peta topografi)
ataupun
kedalaman
(peta
bimetri).
Perhitungan dilakukan dengan transformasi
matematis tertentu
2.7 Protokol NMEA 0183
Protokol NMEA 0183 (National
Marine
Electronics
Association)
merupakan suatu badan yang menerbitkan
spesifikasi yang mendeskripsikan berbagai
perlengkapan
navigasi
agar
dapat
berkomunikasi satu sama lain melalui
koneksi serial RS-232 atau emusinya
(misalnya
USB
port).
NMEA
menggunakan file data ASCII dalam
pentransmisian sistem informasi GPS dari
receiver ke hardware yang berfungsi
sebagai input dari posisi dan merupakan
realtime untuk navigasi dibidang kelautan.
Salah satu aplikasi protokol ini adalah pada
komunikasi data GPS.
Parameter yang digunakan
protokol ini adalah sebagai berikut :
a. Baudrate
: 4800
b. Jumlah data
: 8 bit
c. Stop bit
:1
d. Parity
: None
oleh
2.8 Format Data GPS
Secara periodik GPS menerima data
dari satelit dan mengirimkannya ke bagian
keluaran dengan format data yang beragam.
Setiap data yang dikirimkan oleh GPS
mengacu pada standar NMEA 0183.
NMEA 0183 adalah standar kalimat
laporan yang dikeluarkan oleh GPS
receiver, standar NMEA memiliki banyak
jenis bentuk kalimat laporan diantaranya
yang paling penting adalah koordinat
lintang (latitude), bujur (longitude),
ketinggian (altitude), waktu sekarang
standar UTC (UTC Time) dan kecepatan
(speed over ground).
Berikut ini adalah jenis kalimat NMEA
0183:
a) $GPGGA (Global Positioning System
Fixed Data)
b) $GPGLL
(Geographic
–
Latitude/Longitude)
c) $GPGSA (GNSS DOP and Aktive
Satelites)
d) $GPGSV (GNSS Satelite In View)
e) $GPRMC (Recommended Minimum
Specific GNSS Data)
f) $GPVTG (Course Over Ground and
Ground Speed)
Setiap data di awali dengan karakter
“$” dan diakhiri dengan . Pada
prakteknya tidak semua data dengan header
ini diambil, hanya yang menyangkut waktu,
garis lintang dan garis bujur untuk posisi
pengguna.
3. PERANCANGAN
Gambar 3.1 Diagram blok system
3.1 Perancangan Mekanik
Bentuk
Untuk bisa bekerja secara maksimal,
sebuah payload harus mempunyai bentuk
struktur mekanik yang sesuai dengan medan
yang akan dilalui. Maka dari itu penulis akan
membuat bentuk payload sesuai dengan
kebutuhan. Adapun gambar mekanik yang
penulis buat adalah sebagai berikut:
Gambar 3.2 Desain payload 2D
Dimensi
Adapun untuk ukuran atau dimensi
payload, penulis mengacu kepada ketentuan
ukuran standar payload. Adapun ukuran yang
telah ditentukan tersebut adalah:
Tinggi
: 200 mm (20 cm)
Diameter : 100 mm (10 cm)
Berat
: 1000 gr ± 1
Bahan Mekanik dan Desain 3D
Untuk
pemakaian
bahan
penulis
merancang payload dari bahan teplon dan
alumunium. Karena kedua bahan tersebut
memiliki daya tahan yang kuat, memiliki berat
masa yang ringan dan tahan terhadap magnet.
Sehingga tidak akan mengganggu kerja sensor
yang nantinya akan mempengaruhi pergerakan
payload. Adapun untuk gambar 3 dimensi
payload yang dirancang adalah sebagai berikut:
Gambar 3.3 Desain payload 3D
3.2 Rangkaian Sistem Minimum
Untuk rangkaian sistem minimum
mikrokontroler yang dipakai, rangkaiannya
sangat sederhana. Untuk pengiriman data
serial dari komputer mikrokontroler ini
hanya menggunakan 3buah resistor. Ini
berarti selain mikrokontroler ini lengkap
dengan fiturnya juga dilengkapi dengan
rangkaian yang sangat sederhana. Adapun
gambar rangkaian sistem minimum yang
penulis buat adalah sebagai berikut:
Gambar 3.4 Rangkaian sistem minimum
3.3 Perancangan Software
Algoritma Payload Secara Umum
Perancangan algoritma merupakan
salah satu tahap penting dalam perancangan
sistem kendali ini. Maka dari itu penulis
membuat rancangan algoritma secara
umum untuk mengendalikan payload.
Adapun rancangan algoritma yang telah
penulis buat adalah sebagai berikut:
Gambar 3.5 Flowchart kerja secara umum
Adapun keterangan dari flowchart
diatas adalah sebagai berikut:
Tabel 3.1 Penjelasan flowchart kerja
payload secara umum
Indeks
Keterangan
payload
Adapun keterangan dari flowchart
diatas adalah sebagai berikut:
Tabel 3.2 Penjelasan flowchart prosedur
sistem payload
Indeks
A
Memulai awal program.
B
Kondisi payload menunggu perintah
C
Pemeriksaan data yang masuk adalah
benar
D
Pemanggilan prosedur aktif sistem
kendali payload
D
E
Akhir dari sistem kendali payload
E
Algoritma Pengendalian Payload
Supaya dalam pengendalian payload
dapat terkendali maka dibutuhkan sebuah
algoritma, sebuah algoritmanya pun harus
tepat dan mengikuti aturan. Dibawah ini
contoh algoritma pengendalian payload
secara umum.
Gambar 3.6 Flowchart prosedur sistem
Keterangan
A
Awal dari prosedur
B
Proses pemeriksaan kondisi
sparasi
C
Penyeleksian kondisi sparasi
F
G
H
I
J
K
Pemanggilan prosedur baca
posisi
Penerimaan data set point dari
ground segment
Pembacaab arah saat ini oleh
sensor kompas
Pemanggilan prosedur
pengendalian payload
Penyeleksian kondisi arah saat
ini dan tujuan
Pendorong payload aktif
Pemanggilan prosedur kendali
payload
Pembandingan posisi saat ini
dengan tujuan
L
Tabel 3.4 Penjelasan flowchart
prosedur kendali payload
Kembali ke sistem utama
Indeks
A
Awal dari prosedur
B
Pembacaan arah payload saat ini
Pengecekan kondisi jika arah lebih
besar dari set point
C
Gamba 3.7. Flowchart prosedur baca
posisi
Adapun keterangan dari flowchart
diatas adalah sebagai berikut:
Tabel 3.3 Penjelasan flowchart prosedur
baca posisi
Indeks
A
B
C
Keterangan
Awal dari prosedur
Kondisi payload menunggu data
serial dari GPS
Pemeriksaan data yang masuk
dengan header “GPRMC”
D
Penyimpanan data ke variable
E
Pengiriman data ke ground segment
F
Kembali ke sub system
Keterangan
D
Pergerakan motor
E
Pengecekan kondisi jika arah lebih
kecil dari set point
F
Pergerakan motor
G
Pengecekan kondisi jika arah sama
dengan dari set point
H
Pergerakan motor
I
Kembali ke sub system
4. PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Pengujian Hardware Secara Modular
Adapun hal-hal yang dilakukan dalam
pengujian hardware secara modular adalah
sebagai beikut:
A. Pengujian GPS
Pengujian GPS dilakukan untuk
memastikan bahwa GPS telah bekerja
dengan baik, karena hal ini akan
mempengaruhi pada pergerakan payload
karena jika pembacaan data dari GPS error
maka pergerakan payload tidak dapat
diketahui posisinya dengan benar. Data
hasil dari pengujian GPS adalah sebagai
berikut:
Tabel 4.1 Data hasil pengujian GPS
Gambar 3.8 Flowchart prosedur kendali
payload
Adapun keterangan dari flowchart
diatas adalah sebagai berikut:
Lokasi
Dipati
Ukur
Dipati
Ukur
Dipati
Ukur
Taman
Sari
Taman
Sari
Taman
Sari
Gasib
Latitude
0653.199
1
0653.198
9
-
Longitude
10736.911
9
10736.912
0
-
Cuaca
Cerah
0653.790
3
0653.792
1
-
10736.519
9
10736.519
6
-
Mendun
g
Hujan
0654.000
10737.122
Cerah
Mendun
g
Hujan
Cerah
u
Gasib
u
Dago
Dago
8
0654.001
0
0651.802
4
0651.802
2
4
10737.122
6
10737.137
2
10737.136
9
Mendun
g
Cerah
Tabel 4.2 Data hasil pengujian sensor
kompas
Kompas
Analog
0
23
46
68
92
120
137
163
182
203
219
243
271
292
310
330
LM7805
Mendun
g
B. Pengujian Kompas HM55B
Pengujian sensor kompas dilakukan
untuk memastikan bahwa kompas telah
bekerja dengan baik, karena hal ini akan
mempengaruhi pada pergerakan payload
karena jika pembacaan data dari kompas
error maka pergerakan payload tidak akan
sempurna dan sulit untuk dikendalikan.
Data hasil dari pengujian kompas adalah
sebagai berikut:
Kompas
HM55B
0
22,5
45
67,5
90
112,5
135
157,5
180
202,5
225
247,5
270
292,5
315
337,5
Rata-rata Error
IC
regulator
LM7809
Input
(V)
12,4
11,1
9,0
5,0
12,4
11,1
9,0
5,0
Output
(V)
5,02
5,02
5,02
4,19
8,88
8,88
7,92
4,12
Kondisi
Baik
Baik
Baik
Buruk
Baik
Baik
Buruk
Buruk
Gambar 4.1. Rangkaian catu daya 5V dan
9V
Error
0
0,5
1
0,5
2
0,5
2
5,5
2
0,5
6
4,5
1
0,5
5
7,5
2,875
C. Pengujian catu daya
Catu daya berfungsi meregulasi
tegangan output dari baterai dan
memberikan supply daya ke berbagai blok
sistem rangkaian sesuai kebutuhan,
pengujian dilakukan dengan mengukur
output pada IC regulator menggunkan alat
ukur multimeter, adapun data hasil
pengujian catu daya adalah sebagai berikut:
Tabel 4.7 Data hasil pengujian catu daya
4.2 Analisa auotonomous payload
Dari hasil pengambilan data GPS,
maka data tersebut bisa dijadikan acuan
untuk autonomous payload. Dengan
dilakukan perhitungan matematis maka
data tersebut akan menghasilkan sebuah
arah sudut tujuan yang akan dituju serta
dapat mengetahui letak payload tersebut.
Adapun analisa perhitungan matematis
berdasarkan data GPS tersebut adalah
sebagai berikut:
Misal tempat asal suatu payload berada
di koordinat 0653.1991, 10736.9119 dan
tujuan payload tersebut di koordinat
0660.1000,
10740.5000, maka analisa
kontrol untuk autonomus payload adalah
sebagai berikut:
Menentukan
sudut
tujuan
titik
koordinat
0653.1991
= 6.5320 (Y1)
10736.9119
= 107.6391 (X1)
0660.1000
= 6.6010 (Y2)
10740.5000
= 107.4050 (X2)
2. Pencarian sudut yang telah ditentukan
mengacu pada kompas digital untuk
mengetahui arah sudut payload.
Gambar 4.2. Penentuan sudut pada
autonomous payload
X 2− X 1=Y 2−Y 1
107.40−107.63=6.60−6.5 3
−0.23=0.0 7
2
2
r =x + y
2
r 2=−0.232 +0.07 2
2
r =0,0529+ 0,0049
r=√ 0,057 8
r=0,24
sin α =
0,23
0,24
sin α =0,9 6
α=73, 4
Hasil dari perhitungan diatas dihasilkan
–x dan y artinya sudut diatas berada pada
kuadran IV. Jadi untuk mendapatkan sudut
yang tepat maka dilakukan perhitungan sebagai
berikut:
sudut SP =360−73, 4
sudut SP =286,6
Data diatas merupakan data sudut
untuk menjadi acuan setpoint untuk
pergerakan payload menuju tujuan.
5. KESIMPULAN
Simpulan
Berdasarkan uji coba dan analisis
sistem yang telah dilaksanakan, maka dapat
diperoleh beberapa simpulan, diantaranya:
1. Telah berhasil dibuat autonomous
payload berbasis GPS yang bisa
menentukan arah tujuan.
Saran
Hasil penelitian ini masih jauh dari
kesempurnaan dan memiliki banyak
kekurangan, karena itu perlu dilakukan
studi lebih lanjut dalam proses perancangan
untuk menghasilkan kontrol otomatis yang
handal. Adapun saran-saran dari penulis
yang dapat dijadikan sebagai bahan
pertimbangan dalam penelitian autonomous
payload berbasis GPS .
1. Perbaikan pada desain mekanik supaya
tidak terbatas dalam dimensi yang telah
ditentukan.
2. Pada pengolahan data GPS untuk
autonomous payload baiknya bisa
diproses
langsung
dalam
mikroprosesor.
6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Varberg, Dale., Purcell, Edwin J., &
Rigdon, Steven E., (2003). Kalkulus
Edisi 8. Jakarta: Erlangga.
[2] Setiawan, Iwan., (2008). Kontrol PID
untuk Proses Industri. Jakarta:
PT.Gramedia.
[3] Suhata, ST., (2004). VB Sebagai
Pusat Kendali Peralatan Elektronik.
Jakarta: PT. Elex Media Komputindo.
[4] Webmaster. (2005). The GPRMC
Sentence. Diakses tanggal 4 juli
2011,dari
http://www.codepedia.com
/
1/The+GPRMC+Sentence
MIKROKONTROLER PICAXE-40X2 (STUDI KASUS KORINDO 2010
Subhan Rohiman 1), Agus Mulyana 2), Universitas Komputer Indonesia,
subhanrohiman@gmail.com
1) Mahasiswa Teknik Komputer
2) Dosen Teknik Komputer
Abstrak
Masalah pada pengendalian sebuah muatan roket adalah bagaiamana sebuah muatan roket
dapat mengendalikan dirinya secara otomatis. Pengendalian tersebut tidak akan tercapai
tanpa adanya nilai untuk dijadikan acuan. Untuk mendapatkan sebuah nilai untuk dijadikan
acuan pada muatan roket harus dilengkapi dengan sensor. Dari permasalahan ini, maka
diperlukan adanya suatu metode pengendalian muatan roket dengan sistem jarak jauh,
dilengkapi dengan pendeteksian lokasi koordinat. Sistem ini memakai GPS dan
mikrokontroler PICAXE-X2, sehingga lokasi bisa diketahui. Diharapkan sistem ini dapat
membantu mengendalikan sebuah muatan roket secara otomatis sehingga muatan roket dapat
sampai ke tempat yang dituju. Hasil yang diinginkan adalah membangun sitem kendali
otomatis muatan roket yang mampu sampai ke tempat tujuan yang telah ditentukan.
Kata kunci: muatan roket, kendali otomatis, GPS
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Roket merupakan suatu pesawat
antariksa yang sering digunakan untuk
tujuan khusus tertentu. Sebuah roket ini
memiliki makna yang strategis. Apabila
suatu negara memiliki suatu teknologi roket
maka negara tersebut bisa disebut negara
berkembang, dan negara tersebut bisa
disegani oleh negara lain.
Dalam sebuah teknologi roket saat ini
perkembangannya sangat pesat. Sebuah
roket bisa disebut modern dan baik apabila
di dalamnya terdapat suatu muatan yang
sering dinamakan dengan payload.
Payload ini tidak hanya payload biasa
seperti halnya barang yang tidak bisa
memberikan keuntungan apapun, tetapi
dengan adanya payload ini sebuah roket
diharapkan dapat memberikan suatu
informasi yang bisa menguntungkan bagi
penggunanya. Apabila suatu roket di isi
dengan muatan yang baik, maka roket ini
dapat digunakan untuk tujuan tertentu.
Suatu roket yang berisi payload untuk bisa
disebut modern dan bisa memberikan suatu
informasi yang memusaskan, alangkah
baiknya sebuah payload tersebut bisa
dikendalikan secara otomatis dan manual.
Untuk melakukan hal tersebut maka
dibutuhkan
suatu
kemampuan
dan
pemahaman teknologi, maka dibutuhkan
SDM yang terpelajar, dan hal ini bisa
mendorong dunia pendidikan di Negara
Indonesia untuk lebih maju.
Dengan adanya masalah tersebut bisa
digunakan sebuah hardware, pengendali
yang dapat digunakan yaitu “Autonomous
payload
berbasis
GPS
dan
Mikrokontroler PICAXE-40X2” yang
dapat mengontrol pergerakan payload dan
berkomunikasi jarak jauh.
1.2 Rumusan Masalah
Masalah yang akan dibahas adalah
bagaimana merancang, membaca data,
mengolah data, mengendalikan dan
mengirimkan informasi ke ground segment,
menggunakan mikrokontroler PICAXE40X2 sebagai unit kontrolnya. Masalah
yang dibahas difokuskan pada perancangan
dan pengendalian payload tersebut.
2. LANDASAN TEORI
Dalam mentransmisikan data ada tiga
macam metode transmisi data, ketiga
metode tersebut adalah :
2.1 Simplex
a) Sinyal ditransmisi dalam satu arah
b) Stasiun yang satu bertindak sebagai
pengirim (transmitter) dan yang lain
sebagai penerima (receiver), tugasnya
adalah tetap.
c) jarang
digunakan
untuk
sistem
komunikasi data
2.2 Half duplex
a) Sinyal ditransmisikan ke dua arah
secara bergantian
b) Kedua stasiun dapat melakukan
transmisi tetapi hanya sekali dalam
suatu waktu
c) Terdapat “turn around time” (waktu
untuk mengubah arah)
2.3 Full duplex
a) Sinyal ditransmisikan ke dua arah
secara bersamaan
b) Dua arah pada waktu yang sama.
2.4 Pengertian GPS
GPS adalah singkatan dari Global
Positioning System yang merupakan sistem
untuk menentukan posisi dan navigasi
secara global dengan menggunakan satelit.
Sistem ini pertama kali dikembangkan oleh
Departemen Pertahanan Amerika yang
digunakan untuk kepentingan militer
maupun sipil (survey dan pemetaan).
Sistem GPS yang nama aslinya adalah
NAVSTAR GPS (Navigation Satelit
Timming and Ranging Global Positioning
system), mempunyai tiga segmen yaitu:
satelit, pengontrol dan penerima/pengguna.
Satelit GPS yang mengorbit bumi, dengan
orbit dan kedudukan yang tetap, seluruhnya
berjumlah 24 buah dimana 21 buah aktif
bekerja dan 3 buah sisanya adalah
cadangan.
2.5 Penentuan Posisi Dengan GPS
Pada dasarnya penentuan posisi
dengan GPS adalah pengukuran jarak
secara bersama-sama ke beberapa satelit
(yang koordinatnya telah diketahui)
sekaligus. Untuk menentukan suatu titik
dibumi, receiver setidaknya membutuhkan
4 satelit yang dapat ditangkap sinyalnya
dengan baik. Secara default posisi atau
koordinat yang diperoleh bereferensi ke
global datum yaitu World Geodetic System.
Secara garis besar penentuan posisi
dengan GPS ini dibagi menjadi dua metode
yaitu metode absolut dan metode relatif.
a) Metode absolut atau juga dikenal
sebagai point positioning, menentukan
posisi hanya berdasarkan pada 1
pesawat penerima (receiver) saja.
Ketelitian posisi dalam beberapa meter
(tidak
berketelitian
tinggi)
dan
umumnya hanya diperuntukan bagi
keperluan navigasi.
b) Metode relatif atau sering disebut
differential positioning, menentukan
posisi dengan menggunakan lebih dari
sebuah receiver. Satu GPS dipasang
pada lokasi tertentu dimuka bumi dan
secara terus menerus menerima sinyal
dari satelit dalam jangka waktu tertentu
dijadikan sebagai referensi bagi yang
lainya. Metode ini mnghasilkan posisi
berketelitian tinggi dan diaplikasikan
untuk keperluan survey geodesi
ataupun pemetaan yang memerlukan
ketelitian tinggi.
2.6 Sistem Koordinat GPS
Pengenalan tentang sistem koordinat
sangat penting agar dapat menggunakan
GPS secara optimum. Setidaknya ada dua
klasifikasi tentang sistem koordinat yang
dipakai oleh GPS maupun dalam pemetaan
yaitu: sistem koordinat global yang biasa
disebut sebagai koordinat geografi dan
sistem koordinat di dalam proyeksi.
a) Koordinat goegrafi diukur dalam
lintang dan bujur dalam besaran derajat
desimal, derajat menit desimal, atau
derajat menit detik. Lintang diukur
terhadap equator sebagai titik nol (00
sampai 900 positif kearah utara dan 00
sampai 900 negatif kearah selatan).
Bujur diukur berdasarkan titik nol di
Greenwich (00 sampai 1800 kearah
timur dan 00 sampai 1800 kearah
barat).
b) Koordinat
dibidang
proyeksi
merupakan koordinat yang dipakai pada
sistem proyeksi tertentu. Umumnya
berkaitan
erat
dengan
sistem
proyeksinya, walaupun adakalanya
digunakan koordinat geografi dalam
bidang proyeksi. Beberapa sistem
proyeksi yang lazim digunakan di
Indonesia diantaranya adalah: proyeksi
merkator, transverse merkator universal
transverse merkator, kerucut konformal.
Masing-masing sistem tersebut ada
kelebihan dan kekurangan, dan
pemilihan
proyeksi
umumnya
didasarkan pada tujuan peta yang akan
dibuat. Dari beberapa sistem proyeksi
tersebut, proyeksi transverse merkator
dan universal transverse merkator lah
yang banyak digunakan di Indonesia.
Membicarakan sistem koordinat dalam
bidang proyeksi tidak dapat terlepas dari
datum yang digunakan. Ada dua macam
datum yang umum digunakan dalam
perpetaan yaitu datum horizontal dan
datum vertical. Datum horizontal dipakai
untuk menentukan koordinat peta (X,Y),
sedangkan
datum
vertikal
untuk
menentukan elevasi (peta topografi)
ataupun
kedalaman
(peta
bimetri).
Perhitungan dilakukan dengan transformasi
matematis tertentu
2.7 Protokol NMEA 0183
Protokol NMEA 0183 (National
Marine
Electronics
Association)
merupakan suatu badan yang menerbitkan
spesifikasi yang mendeskripsikan berbagai
perlengkapan
navigasi
agar
dapat
berkomunikasi satu sama lain melalui
koneksi serial RS-232 atau emusinya
(misalnya
USB
port).
NMEA
menggunakan file data ASCII dalam
pentransmisian sistem informasi GPS dari
receiver ke hardware yang berfungsi
sebagai input dari posisi dan merupakan
realtime untuk navigasi dibidang kelautan.
Salah satu aplikasi protokol ini adalah pada
komunikasi data GPS.
Parameter yang digunakan
protokol ini adalah sebagai berikut :
a. Baudrate
: 4800
b. Jumlah data
: 8 bit
c. Stop bit
:1
d. Parity
: None
oleh
2.8 Format Data GPS
Secara periodik GPS menerima data
dari satelit dan mengirimkannya ke bagian
keluaran dengan format data yang beragam.
Setiap data yang dikirimkan oleh GPS
mengacu pada standar NMEA 0183.
NMEA 0183 adalah standar kalimat
laporan yang dikeluarkan oleh GPS
receiver, standar NMEA memiliki banyak
jenis bentuk kalimat laporan diantaranya
yang paling penting adalah koordinat
lintang (latitude), bujur (longitude),
ketinggian (altitude), waktu sekarang
standar UTC (UTC Time) dan kecepatan
(speed over ground).
Berikut ini adalah jenis kalimat NMEA
0183:
a) $GPGGA (Global Positioning System
Fixed Data)
b) $GPGLL
(Geographic
–
Latitude/Longitude)
c) $GPGSA (GNSS DOP and Aktive
Satelites)
d) $GPGSV (GNSS Satelite In View)
e) $GPRMC (Recommended Minimum
Specific GNSS Data)
f) $GPVTG (Course Over Ground and
Ground Speed)
Setiap data di awali dengan karakter
“$” dan diakhiri dengan . Pada
prakteknya tidak semua data dengan header
ini diambil, hanya yang menyangkut waktu,
garis lintang dan garis bujur untuk posisi
pengguna.
3. PERANCANGAN
Gambar 3.1 Diagram blok system
3.1 Perancangan Mekanik
Bentuk
Untuk bisa bekerja secara maksimal,
sebuah payload harus mempunyai bentuk
struktur mekanik yang sesuai dengan medan
yang akan dilalui. Maka dari itu penulis akan
membuat bentuk payload sesuai dengan
kebutuhan. Adapun gambar mekanik yang
penulis buat adalah sebagai berikut:
Gambar 3.2 Desain payload 2D
Dimensi
Adapun untuk ukuran atau dimensi
payload, penulis mengacu kepada ketentuan
ukuran standar payload. Adapun ukuran yang
telah ditentukan tersebut adalah:
Tinggi
: 200 mm (20 cm)
Diameter : 100 mm (10 cm)
Berat
: 1000 gr ± 1
Bahan Mekanik dan Desain 3D
Untuk
pemakaian
bahan
penulis
merancang payload dari bahan teplon dan
alumunium. Karena kedua bahan tersebut
memiliki daya tahan yang kuat, memiliki berat
masa yang ringan dan tahan terhadap magnet.
Sehingga tidak akan mengganggu kerja sensor
yang nantinya akan mempengaruhi pergerakan
payload. Adapun untuk gambar 3 dimensi
payload yang dirancang adalah sebagai berikut:
Gambar 3.3 Desain payload 3D
3.2 Rangkaian Sistem Minimum
Untuk rangkaian sistem minimum
mikrokontroler yang dipakai, rangkaiannya
sangat sederhana. Untuk pengiriman data
serial dari komputer mikrokontroler ini
hanya menggunakan 3buah resistor. Ini
berarti selain mikrokontroler ini lengkap
dengan fiturnya juga dilengkapi dengan
rangkaian yang sangat sederhana. Adapun
gambar rangkaian sistem minimum yang
penulis buat adalah sebagai berikut:
Gambar 3.4 Rangkaian sistem minimum
3.3 Perancangan Software
Algoritma Payload Secara Umum
Perancangan algoritma merupakan
salah satu tahap penting dalam perancangan
sistem kendali ini. Maka dari itu penulis
membuat rancangan algoritma secara
umum untuk mengendalikan payload.
Adapun rancangan algoritma yang telah
penulis buat adalah sebagai berikut:
Gambar 3.5 Flowchart kerja secara umum
Adapun keterangan dari flowchart
diatas adalah sebagai berikut:
Tabel 3.1 Penjelasan flowchart kerja
payload secara umum
Indeks
Keterangan
payload
Adapun keterangan dari flowchart
diatas adalah sebagai berikut:
Tabel 3.2 Penjelasan flowchart prosedur
sistem payload
Indeks
A
Memulai awal program.
B
Kondisi payload menunggu perintah
C
Pemeriksaan data yang masuk adalah
benar
D
Pemanggilan prosedur aktif sistem
kendali payload
D
E
Akhir dari sistem kendali payload
E
Algoritma Pengendalian Payload
Supaya dalam pengendalian payload
dapat terkendali maka dibutuhkan sebuah
algoritma, sebuah algoritmanya pun harus
tepat dan mengikuti aturan. Dibawah ini
contoh algoritma pengendalian payload
secara umum.
Gambar 3.6 Flowchart prosedur sistem
Keterangan
A
Awal dari prosedur
B
Proses pemeriksaan kondisi
sparasi
C
Penyeleksian kondisi sparasi
F
G
H
I
J
K
Pemanggilan prosedur baca
posisi
Penerimaan data set point dari
ground segment
Pembacaab arah saat ini oleh
sensor kompas
Pemanggilan prosedur
pengendalian payload
Penyeleksian kondisi arah saat
ini dan tujuan
Pendorong payload aktif
Pemanggilan prosedur kendali
payload
Pembandingan posisi saat ini
dengan tujuan
L
Tabel 3.4 Penjelasan flowchart
prosedur kendali payload
Kembali ke sistem utama
Indeks
A
Awal dari prosedur
B
Pembacaan arah payload saat ini
Pengecekan kondisi jika arah lebih
besar dari set point
C
Gamba 3.7. Flowchart prosedur baca
posisi
Adapun keterangan dari flowchart
diatas adalah sebagai berikut:
Tabel 3.3 Penjelasan flowchart prosedur
baca posisi
Indeks
A
B
C
Keterangan
Awal dari prosedur
Kondisi payload menunggu data
serial dari GPS
Pemeriksaan data yang masuk
dengan header “GPRMC”
D
Penyimpanan data ke variable
E
Pengiriman data ke ground segment
F
Kembali ke sub system
Keterangan
D
Pergerakan motor
E
Pengecekan kondisi jika arah lebih
kecil dari set point
F
Pergerakan motor
G
Pengecekan kondisi jika arah sama
dengan dari set point
H
Pergerakan motor
I
Kembali ke sub system
4. PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Pengujian Hardware Secara Modular
Adapun hal-hal yang dilakukan dalam
pengujian hardware secara modular adalah
sebagai beikut:
A. Pengujian GPS
Pengujian GPS dilakukan untuk
memastikan bahwa GPS telah bekerja
dengan baik, karena hal ini akan
mempengaruhi pada pergerakan payload
karena jika pembacaan data dari GPS error
maka pergerakan payload tidak dapat
diketahui posisinya dengan benar. Data
hasil dari pengujian GPS adalah sebagai
berikut:
Tabel 4.1 Data hasil pengujian GPS
Gambar 3.8 Flowchart prosedur kendali
payload
Adapun keterangan dari flowchart
diatas adalah sebagai berikut:
Lokasi
Dipati
Ukur
Dipati
Ukur
Dipati
Ukur
Taman
Sari
Taman
Sari
Taman
Sari
Gasib
Latitude
0653.199
1
0653.198
9
-
Longitude
10736.911
9
10736.912
0
-
Cuaca
Cerah
0653.790
3
0653.792
1
-
10736.519
9
10736.519
6
-
Mendun
g
Hujan
0654.000
10737.122
Cerah
Mendun
g
Hujan
Cerah
u
Gasib
u
Dago
Dago
8
0654.001
0
0651.802
4
0651.802
2
4
10737.122
6
10737.137
2
10737.136
9
Mendun
g
Cerah
Tabel 4.2 Data hasil pengujian sensor
kompas
Kompas
Analog
0
23
46
68
92
120
137
163
182
203
219
243
271
292
310
330
LM7805
Mendun
g
B. Pengujian Kompas HM55B
Pengujian sensor kompas dilakukan
untuk memastikan bahwa kompas telah
bekerja dengan baik, karena hal ini akan
mempengaruhi pada pergerakan payload
karena jika pembacaan data dari kompas
error maka pergerakan payload tidak akan
sempurna dan sulit untuk dikendalikan.
Data hasil dari pengujian kompas adalah
sebagai berikut:
Kompas
HM55B
0
22,5
45
67,5
90
112,5
135
157,5
180
202,5
225
247,5
270
292,5
315
337,5
Rata-rata Error
IC
regulator
LM7809
Input
(V)
12,4
11,1
9,0
5,0
12,4
11,1
9,0
5,0
Output
(V)
5,02
5,02
5,02
4,19
8,88
8,88
7,92
4,12
Kondisi
Baik
Baik
Baik
Buruk
Baik
Baik
Buruk
Buruk
Gambar 4.1. Rangkaian catu daya 5V dan
9V
Error
0
0,5
1
0,5
2
0,5
2
5,5
2
0,5
6
4,5
1
0,5
5
7,5
2,875
C. Pengujian catu daya
Catu daya berfungsi meregulasi
tegangan output dari baterai dan
memberikan supply daya ke berbagai blok
sistem rangkaian sesuai kebutuhan,
pengujian dilakukan dengan mengukur
output pada IC regulator menggunkan alat
ukur multimeter, adapun data hasil
pengujian catu daya adalah sebagai berikut:
Tabel 4.7 Data hasil pengujian catu daya
4.2 Analisa auotonomous payload
Dari hasil pengambilan data GPS,
maka data tersebut bisa dijadikan acuan
untuk autonomous payload. Dengan
dilakukan perhitungan matematis maka
data tersebut akan menghasilkan sebuah
arah sudut tujuan yang akan dituju serta
dapat mengetahui letak payload tersebut.
Adapun analisa perhitungan matematis
berdasarkan data GPS tersebut adalah
sebagai berikut:
Misal tempat asal suatu payload berada
di koordinat 0653.1991, 10736.9119 dan
tujuan payload tersebut di koordinat
0660.1000,
10740.5000, maka analisa
kontrol untuk autonomus payload adalah
sebagai berikut:
Menentukan
sudut
tujuan
titik
koordinat
0653.1991
= 6.5320 (Y1)
10736.9119
= 107.6391 (X1)
0660.1000
= 6.6010 (Y2)
10740.5000
= 107.4050 (X2)
2. Pencarian sudut yang telah ditentukan
mengacu pada kompas digital untuk
mengetahui arah sudut payload.
Gambar 4.2. Penentuan sudut pada
autonomous payload
X 2− X 1=Y 2−Y 1
107.40−107.63=6.60−6.5 3
−0.23=0.0 7
2
2
r =x + y
2
r 2=−0.232 +0.07 2
2
r =0,0529+ 0,0049
r=√ 0,057 8
r=0,24
sin α =
0,23
0,24
sin α =0,9 6
α=73, 4
Hasil dari perhitungan diatas dihasilkan
–x dan y artinya sudut diatas berada pada
kuadran IV. Jadi untuk mendapatkan sudut
yang tepat maka dilakukan perhitungan sebagai
berikut:
sudut SP =360−73, 4
sudut SP =286,6
Data diatas merupakan data sudut
untuk menjadi acuan setpoint untuk
pergerakan payload menuju tujuan.
5. KESIMPULAN
Simpulan
Berdasarkan uji coba dan analisis
sistem yang telah dilaksanakan, maka dapat
diperoleh beberapa simpulan, diantaranya:
1. Telah berhasil dibuat autonomous
payload berbasis GPS yang bisa
menentukan arah tujuan.
Saran
Hasil penelitian ini masih jauh dari
kesempurnaan dan memiliki banyak
kekurangan, karena itu perlu dilakukan
studi lebih lanjut dalam proses perancangan
untuk menghasilkan kontrol otomatis yang
handal. Adapun saran-saran dari penulis
yang dapat dijadikan sebagai bahan
pertimbangan dalam penelitian autonomous
payload berbasis GPS .
1. Perbaikan pada desain mekanik supaya
tidak terbatas dalam dimensi yang telah
ditentukan.
2. Pada pengolahan data GPS untuk
autonomous payload baiknya bisa
diproses
langsung
dalam
mikroprosesor.
6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Varberg, Dale., Purcell, Edwin J., &
Rigdon, Steven E., (2003). Kalkulus
Edisi 8. Jakarta: Erlangga.
[2] Setiawan, Iwan., (2008). Kontrol PID
untuk Proses Industri. Jakarta:
PT.Gramedia.
[3] Suhata, ST., (2004). VB Sebagai
Pusat Kendali Peralatan Elektronik.
Jakarta: PT. Elex Media Komputindo.
[4] Webmaster. (2005). The GPRMC
Sentence. Diakses tanggal 4 juli
2011,dari
http://www.codepedia.com
/
1/The+GPRMC+Sentence