Rancangan Quadcopter Untuk Sistem Pemantau Udara Berbasis Mikrokontroller ATmega 328
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan sistem ilmu pengetahuan dan teknologi semakin pesat di abad ke21 ini, khususnya dalam bidang penerbangan. Pada dekade terakhir dunia
penerbangan mengalami perkembangan pesat dengan hadirnya kendaraan udara
tak berawak atau yang sering disebut dengan Unmanned Aerial Vehicle (UAV).
Penggunaan UAV ini bisa dikategorikan secara luas, terutama dalam bidang
kemiliteran, pemantauan hutan, pemantauan bencana alam, pemantauan lokasi
yang sulit dijangkau, atau pun pemantauan perbatasan wilayah.
Pesawat terbang tanpa awak atau UAV (Unmanned Aerial Vehicle) adalah
pesawat udara yang tidak membutuhkan juru terbang (pilot) dan biasanya
dikendalikan dengan menggunakan remote control oleh operator yang berada di
darat. Salah satu jenis UAV yang sering dibahas dan diteliti saat ini adalah jenis
quadcopter , jenis UAV yang memilik empat motor untuk menggerakkan
propeler/baling-baling.
Pada
umumnya
quadcopter
dikendalikan
dengan
menggunakan
gelombang radio transmitter dari jarak jauh sehingga masih sering mengalami
kesalahan terutama dalam pengiriman perintah. Hal ini terjadi karena frekuensi
yang dibutuhkan belum tepat dan bangunan yang dapat menghalangi gelombang
radio. Mekanisme landing juga sering terjadi kesalahan, karena mekanisme
landing merupakan salah satu mekanisme paling kritis dalam pengendalian
quadcopter
yang
membutuhkan
keakuratan
kecepatan
dengan
menjaga
keseimbangan.
Dalam perancangan sistem pemantau udara (Quadcopter) pada riset ini,
ada beberapa peralatan sistem kendali utama yaitu :
1. Sensor accelerometer
Sensor yang berfungsi untuk mengatur kecepatan motor quadcopter.
Universitas Sumatera Utara
2
2. RC (Remote Control)
Mengatur dalam melakukan pengiriman perintah/data yang dibantu
dengan TX dan RX dalam frekuensi tertentu.
3. CCTV Wireless
Penangkap citra yang digunakan dalam riset ini.
Dibandingkan dengan helicopter dan pesawat terbang sayap tetap,
quadcopter yang dirancang pada riset ini memiliki kelebihan- kelebihan antara
lain sebagai berikut :
1. Quadcopter memiliki 4 baling-baling yang membuat perancangan tidak
rumit dan desain bentuk yang sederhana.
2. Biaya yang digunakan tidak terlalu besar karena bentuk yang sederhana
dengan membentuk pola 4 sudut (persegi).
3.
Dengan memiliki ukuran baling-baling yang kecil membuat perawatan
tidak sulit dan dapat lebih terhindar dari kerusakan baling-baling saat
mengalami kecelakaan/benturan terhadap benda lain.
4. Daya motor yang digunakan lebih kecil dibandingkan helicopter dengan
satu baling-baling, karena quadcopter memiliki 4 baling-baling yang
terdistribusi.
5. Dengan bentuk yang lebih kecil, quadcopter dapat bergerak lebih lincah,
dapat bergerak ke segala arah, fleksibel, dan melakukan lepas landas dan
pendaratan secara vertikal yang tidak dapat dilakukan oleh helicopter
lainnya. Untuk itu pesawat harus dapat melakukan vertical take off and
landing (VTOL).
6. Quadcopter dilengkapi dengan CCTV wireless yang dapat menangkap
citra yang memudahkan untuk memantau lokasi.
Sebagian besar UAV diaplikasikan untuk kebutuhan militer, seperti
pengintaian atau bahkan invasi militer. UAV sangat aplikatif untuk kebutuhan ini
dimana
kita
dapat
menyerang
atau
mengintai
wilayah
musuh
tanpa
membahayakan pilot. Atau kita dapat mengambil gambar dari wilayah yang
belum diketahui, sebelum kita melewati wilayah tersebut. Tentunya, UAV untuk
kebutuhan tersebut dimulai dari UAV untuk keperluan riset yang kemudian
dikembangkan untuk aplikasi militer.
Universitas Sumatera Utara
3
Namun, riset tentang UAV belum pernah dikembangkan di FTEK UKSW.
Dengan skripsi ini penulis ingin memulai riset tentang UAV dengan merancang
dan merealisasikan sebuah pesawat terbang tanpa awak yang dapat bergerak
secara mandiri (autonomous). Dengan adanya riset ini, diharapkan dapat
dirancang suatu sistem pemantau objek melalui udara yang optimal. Sehingga
aplikasi sistem tersebut bukan hanya pada bidang militer saja tetapi juga untuk
bidang-bidang lain (Chalidia, 2013).
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana merancang mekanisme yang dapat mengangkat beban ke
udara.
2. Bagaimana merancang sistem kontrol untuk mengendalikan objek
terbang.
3. Bagaimana merancang sistem untuk memantau objek melalui udara.
1.3 Batasan Masalah
Untuk membatasi masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini, maka
diberikan batasan masalah sebagai berikut :
1. Rancangan menggunakan 4 buah motor dan propeler baling-baling.
2. Rangkaian menggunakan mikrokontroller ATmega 328 sebagai
pengendali.
3. Jarak pantau dan kendali maksimum 100 meter.
4. Pengujian posisi pada quadcopter dilakukan pada sumbu-x dan sumbuy.
Universitas Sumatera Utara
4
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai pada tugas akhir ini adalah:
1. Untuk mendesain sistem pemantau udara.
2. Untuk mengetahui pengaruhkemiringan terhadap keseimbangan
quadcopter .
3. Untuk mengetahui pengaruh Revolution Per Minute (RPM) terhadap
terangkatnya quadcopter ke udara.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dilakukannya penelitian ini adalah :
1. Dapat merancang sistem pemantau udara dengan desain yang terbaru
yang sistem kinerjanya optimal.
2. Dapat mengetahui aplikasi sistem pemantau udara dalam berbagai
bidang secara luas.
1.6 Tempat Penelitian
Penelitian untuk tugas akhir ini dilakukan di Laboratorium Fisika Instrumentasi
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
1.7 Sistematika Penulisan
Penulisan Laporan tugas akhir ini terdiri dari lima bab dengan sistematika sebagai
berikut :
Bab 1
Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang
akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat
penelitian dan sistematika penelitian.
Universitas Sumatera Utara
5
Bab 2
Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa data, serta pembahasan dari
penelitian yang dilakukan.
Bab 3
Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram
penelitian( prosedur penelitian), dan karakterisasi cuplikan yang
dilakukan.
Bab 4
Hasil dan Pembahasan
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data
yang diperoleh dari penelitian.
Bab 5
Kesimpulan
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari
penelitian dan saran untuk penelitian lebih lanjut
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan sistem ilmu pengetahuan dan teknologi semakin pesat di abad ke21 ini, khususnya dalam bidang penerbangan. Pada dekade terakhir dunia
penerbangan mengalami perkembangan pesat dengan hadirnya kendaraan udara
tak berawak atau yang sering disebut dengan Unmanned Aerial Vehicle (UAV).
Penggunaan UAV ini bisa dikategorikan secara luas, terutama dalam bidang
kemiliteran, pemantauan hutan, pemantauan bencana alam, pemantauan lokasi
yang sulit dijangkau, atau pun pemantauan perbatasan wilayah.
Pesawat terbang tanpa awak atau UAV (Unmanned Aerial Vehicle) adalah
pesawat udara yang tidak membutuhkan juru terbang (pilot) dan biasanya
dikendalikan dengan menggunakan remote control oleh operator yang berada di
darat. Salah satu jenis UAV yang sering dibahas dan diteliti saat ini adalah jenis
quadcopter , jenis UAV yang memilik empat motor untuk menggerakkan
propeler/baling-baling.
Pada
umumnya
quadcopter
dikendalikan
dengan
menggunakan
gelombang radio transmitter dari jarak jauh sehingga masih sering mengalami
kesalahan terutama dalam pengiriman perintah. Hal ini terjadi karena frekuensi
yang dibutuhkan belum tepat dan bangunan yang dapat menghalangi gelombang
radio. Mekanisme landing juga sering terjadi kesalahan, karena mekanisme
landing merupakan salah satu mekanisme paling kritis dalam pengendalian
quadcopter
yang
membutuhkan
keakuratan
kecepatan
dengan
menjaga
keseimbangan.
Dalam perancangan sistem pemantau udara (Quadcopter) pada riset ini,
ada beberapa peralatan sistem kendali utama yaitu :
1. Sensor accelerometer
Sensor yang berfungsi untuk mengatur kecepatan motor quadcopter.
Universitas Sumatera Utara
2
2. RC (Remote Control)
Mengatur dalam melakukan pengiriman perintah/data yang dibantu
dengan TX dan RX dalam frekuensi tertentu.
3. CCTV Wireless
Penangkap citra yang digunakan dalam riset ini.
Dibandingkan dengan helicopter dan pesawat terbang sayap tetap,
quadcopter yang dirancang pada riset ini memiliki kelebihan- kelebihan antara
lain sebagai berikut :
1. Quadcopter memiliki 4 baling-baling yang membuat perancangan tidak
rumit dan desain bentuk yang sederhana.
2. Biaya yang digunakan tidak terlalu besar karena bentuk yang sederhana
dengan membentuk pola 4 sudut (persegi).
3.
Dengan memiliki ukuran baling-baling yang kecil membuat perawatan
tidak sulit dan dapat lebih terhindar dari kerusakan baling-baling saat
mengalami kecelakaan/benturan terhadap benda lain.
4. Daya motor yang digunakan lebih kecil dibandingkan helicopter dengan
satu baling-baling, karena quadcopter memiliki 4 baling-baling yang
terdistribusi.
5. Dengan bentuk yang lebih kecil, quadcopter dapat bergerak lebih lincah,
dapat bergerak ke segala arah, fleksibel, dan melakukan lepas landas dan
pendaratan secara vertikal yang tidak dapat dilakukan oleh helicopter
lainnya. Untuk itu pesawat harus dapat melakukan vertical take off and
landing (VTOL).
6. Quadcopter dilengkapi dengan CCTV wireless yang dapat menangkap
citra yang memudahkan untuk memantau lokasi.
Sebagian besar UAV diaplikasikan untuk kebutuhan militer, seperti
pengintaian atau bahkan invasi militer. UAV sangat aplikatif untuk kebutuhan ini
dimana
kita
dapat
menyerang
atau
mengintai
wilayah
musuh
tanpa
membahayakan pilot. Atau kita dapat mengambil gambar dari wilayah yang
belum diketahui, sebelum kita melewati wilayah tersebut. Tentunya, UAV untuk
kebutuhan tersebut dimulai dari UAV untuk keperluan riset yang kemudian
dikembangkan untuk aplikasi militer.
Universitas Sumatera Utara
3
Namun, riset tentang UAV belum pernah dikembangkan di FTEK UKSW.
Dengan skripsi ini penulis ingin memulai riset tentang UAV dengan merancang
dan merealisasikan sebuah pesawat terbang tanpa awak yang dapat bergerak
secara mandiri (autonomous). Dengan adanya riset ini, diharapkan dapat
dirancang suatu sistem pemantau objek melalui udara yang optimal. Sehingga
aplikasi sistem tersebut bukan hanya pada bidang militer saja tetapi juga untuk
bidang-bidang lain (Chalidia, 2013).
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana merancang mekanisme yang dapat mengangkat beban ke
udara.
2. Bagaimana merancang sistem kontrol untuk mengendalikan objek
terbang.
3. Bagaimana merancang sistem untuk memantau objek melalui udara.
1.3 Batasan Masalah
Untuk membatasi masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini, maka
diberikan batasan masalah sebagai berikut :
1. Rancangan menggunakan 4 buah motor dan propeler baling-baling.
2. Rangkaian menggunakan mikrokontroller ATmega 328 sebagai
pengendali.
3. Jarak pantau dan kendali maksimum 100 meter.
4. Pengujian posisi pada quadcopter dilakukan pada sumbu-x dan sumbuy.
Universitas Sumatera Utara
4
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai pada tugas akhir ini adalah:
1. Untuk mendesain sistem pemantau udara.
2. Untuk mengetahui pengaruhkemiringan terhadap keseimbangan
quadcopter .
3. Untuk mengetahui pengaruh Revolution Per Minute (RPM) terhadap
terangkatnya quadcopter ke udara.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dilakukannya penelitian ini adalah :
1. Dapat merancang sistem pemantau udara dengan desain yang terbaru
yang sistem kinerjanya optimal.
2. Dapat mengetahui aplikasi sistem pemantau udara dalam berbagai
bidang secara luas.
1.6 Tempat Penelitian
Penelitian untuk tugas akhir ini dilakukan di Laboratorium Fisika Instrumentasi
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
1.7 Sistematika Penulisan
Penulisan Laporan tugas akhir ini terdiri dari lima bab dengan sistematika sebagai
berikut :
Bab 1
Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang
akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat
penelitian dan sistematika penelitian.
Universitas Sumatera Utara
5
Bab 2
Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa data, serta pembahasan dari
penelitian yang dilakukan.
Bab 3
Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram
penelitian( prosedur penelitian), dan karakterisasi cuplikan yang
dilakukan.
Bab 4
Hasil dan Pembahasan
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data
yang diperoleh dari penelitian.
Bab 5
Kesimpulan
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari
penelitian dan saran untuk penelitian lebih lanjut
Universitas Sumatera Utara