proposal tppa
TRANSCRIPT
PROPOSAL PROYEK AKHIR
Proyek PUNA (Pesawat Udara Nir Awak) Nasional:
Sebuah Desain Prototipe Inertial Navigation System (INS)
untuk Aplikasi Wahana Tanpa Awak
Oleh :
Luqman Khoirul Huda
NRP. 7508 040 008
Dosen Pembimbing :
Dr. Ir. Endra Pitowarno, M.Eng
NIP. 196206301987011001
PROGRAM STUDI TEKNIK MEKATRONIKA
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
2011
LEMBAR PENGESAHAN PROPOSAL PROYEK AKHIR
JUDUL:
Proyek PUNA (Pesawat Udara Nir Awak) Nasional:
Sebuah Desain Prototipe Inertial Navigation System (INS)
untuk Aplikasi Wahana Tanpa Awak
OLEH:
Luqman Khoirul Huda
NRP. 7508 040 008
Proposal Proyek Akhir Ini Diajukan untuk
Dilanjutkan Sebagai Proyek Akhir
di
Program Studi Teknik Mekatronika – Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Surabaya, 12 Juli 2011
Menyetujui,
Pembimbing
Dr. Ir. Endra Pitowarno, M.Eng
NIP. 196206301987011001
ii
Proyek PUNA (Pesawat Udara Nir Awak) Nasional:
Sebuah Desain Prototipe Inertial Navigation System (INS)
untuk Aplikasi Wahana Tanpa Awak
ABSTRAK
Poyek akhir ini menyajikan sebuah desain prototipe sensor inersia baru
untuk aplikasi wahana tanpa awak. Proyek ini dikembangkan karena INS (Inertial
Navigation System) merupakan teknologi yang sangat vital dan harus
dikembangkan secara mandiri, khususnya di Indonesia. Dalam proyek akhir ini
INS dirancang sedemikian rupa agar dapat digunakan untuk aplikasi wahana tanpa
awak. Prototipe INS akan diuji dengan memberikan sudut kemiringan di sumbu x,
y, maupun z. Dan akan diberikan gangguan berupa goncangan dan hentakan dari
luar. Proyek akhir ini akan dikerjakan dengan merancang, mensimulasikan,
kemudian membangun INS, serta melakukan pengujiannya.
Kata Kunci: INS, Prototipe Sensor Inersia Baru
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL..................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. ii
ABSTRAK ....................................................................................................... iii
DAFTAR ISI ................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... v
DAFTAR TABEL ........................................................................................... vi
BAB 1 PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1
1.2 Tujuan ............................................................................................ 4
1.3 Perumusan Masalah ....................................................................... 5
1.4 Batasan Masalah ............................................................................ 5
1.5 Metodologi ..................................................................................... 5
BAB 2 STUDI PENDAHULUAN .................................................................. 8
2.1 INS (Inertial Navigation System) ................................................... 8
2.2 IMU (Inertial Measuring Unit) ...................................................... 9
2.2.1 Gyro Sensor ..................................................................... 10
2.2.2 Digital Compass .............................................................. 10
2.2.3 Accelerometer ................................................................. 12
2.2.4 GPS (Global Positioning System) ................................... 13
BAB 3 DESAIN PROYEK AKHIR ................................................................ 16
3.1 Pendahuluan ................................................................................... 17
3.2 Desain Mekanik ............................................................................. 17
3.3 Rangkaian Elektronika ................................................................... 19
LAMPIRAN
DAFTAR PUSTAKA
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1: PUNA BPPT-01A “Wulung”..........................................................2
Gambar 1.2: PUNA BPPT-01B “Gagak”...........................................................2
Gambar 1.3: PUNA BPPT-02A “Pelatuk”..........................................................2
Gambar 1.4: PUNA Tipe Sriti..............................................................................3
Gambar 1.5: INS menggunakan sensor gyro dan accelerometer.......................4
Gambar 1.6: Perencanaan penyelesaian proyek akhir dalam flowchart...........7
Gambar 2.1: Orientasi pitch, yaw, dan roll pada wahana pesawat terbang.......8
Gambar 2.2: Flow chart dasar cara kerja INS....................................................9
Gambar 2.3: IMU pada Misil Balistik IRBM S3 milik Prancis ..........................10
Gambar 2.4: CMPS09 Tilt Compensated Magnetic Compass.............................11
Gambar 2.5: Dimensi dan konfigurasi pin CMPS09 Tilt Compensated Magnetic
Compass ..........................................................................................11
Gambar 2.6: MMA7455 3-Axis Accelerometer Module......................................12
Gambar 2.7: Konfigurasi Pin pada MMA 7455 3-Axis Accelerometer Module..13
Gambar 2.8: PMB-688 GPS module....................................................................14
Gambar 2.9: Dimensi dan konfigurasi pin PMB-688 GPS module.....................15
Gambar 3.1: Blok diagram proyek akhir yang dikerjakan..................................16
Gambar 3.2: Ilustrasi cara kerja sensor inersia baru pada keadaan sejajar
dengan permukaan bumi (kiri) dan saat dimiringkan (kanan).......17
Gambar 3.3: Desain dari sensor inersia baru.....................................................17
Gambar 3.4: Dimensi dari bagian mekanik sensor inersia baru.........................18
Gambar 3.5: Bagian dalam prototipe sensor inersia baru..................................19
Gambar 3.6: Rangkaian komparator untuk IMU.................................................19
Gambar 3.7: Rangkaian minimum sistem............................................................20
v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1: Deskripsi Pin MMA 7455 3-Axis Accelerometer Module...................13
vi
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
(Kemristek, 2010). Indonesia merupakan negara kepulauan yang sangat
luas. Tapi wilayah yang luas itu ternyata memiliki resiko tersendiri dari segi
pengamanan wilayahnya. Karena sangat luas, berarti TNI harus mengeluarkan
biaya yang besar dan juga sumber daya yang banyak untuk tetap menjaga
keamanan wilayah kesatuan Negara Republik Indonesia.
Dari latar belakang pengawasan keamanan tersebut, para ahli di BPPT
(Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi) Indonesia membuat sebuah pesawat
tanpa awak yang bertujuan sebagai pendukung pertahanan keamanan nasional dan
pengintai teroris. Hal ini mempermudah kerja TNI dan sekaligus menghemat
biaya pengawasan terhadap wilayah-wilayah Indonesia.
Pesawat Udara Nir Awak (PUNA) merupakan sebuah wahana terbang
yang dikendalikan dari jarak jauh untuk melakukan misi tertentu. Dengan
pengendalian dari jarak jauh, maka pesawat ini mampu mengerjakan berbagai
misi tanpa terhambat oleh keterbatasan manusia, antara lain, pengoperasian pada
daerah yang berbahaya bagi manusia, pengoperasian dalam jangka waktu yang
sangat lama, dan pengoperasian pada kondisi terbang yang lebih murah dan
minim resiko terhadap ancaman keselamatan awak.
Seiring dengan pentingnya peran PUNA bagi Indonesia, maka BPPT
berupaya mendorong kemandirian bangsa di bidang teknologi PUNA dengan
melakukan rancang bangun PUNA. BPPT telah menghasilkan prototipe PUNA
jenis Wulung (Gambar 1.1), Gagak (Gambar 1.2) dan Pelatuk (Gambar 1.3),
dengan berat masing-masing 120kg dan jangkauan sampai dengan 120km.
Prototipe jenis pertama dengan designasi BPPT-01A “Wulung” merupakan
PUNA dengan konfigurasi Hi Rectangular-Wing, Low Boom T-Tail. Prototipe
jenis kedua dengan designasi BPPT-01B “Gagak” merupakan PUNA dengan
konfigurasi Lo Rectangular-Wing, Low Boom V-Tail. Prototipe jenis ketiga
1
dengan designasi BPPT-02A “Pelatuk” merupakan PUNA dengan konfigurasi Hi
Rectangular-Wing, Hi Boom Inverted V-Tail.
Gambar 1.1: PUNA BPPT-01A “Wulung”
Gambar 1.2: PUNA BPPT-01B “Gagak”
Gambar 1.3: PUNA BPPT-02A “Pelatuk”
Selain itu sekarang sedang dikembangkan PUNA tipe Sriti (Gambar 1.4)
dengan berat 6,5kg dan jangkauan 10km, untuk kebutuhan taktis pasukan atau
jenis short range, dengan konfigurasi Flying Wing atau Tailless Configuration.
Tipe yang dikembangkan lainnya adalah PUNA tipe Alap-Alap dengan berat 25kg
2
dan jangkauan 50km, untuk operasi surveillance dan reconnaissance. Jenis ini
memiliki konfigurasi Low Rectangular Wing dengan Low Boom V-Tail.
Diharapkan setelah lulus uji kelayakan, direncanakan bisa untuk masuk dalam
tahap produksi komersial.
Gambar 1.4: PUNA Tipe Sriti
Dalam PUNA itu sendiri tentu saja terdiri dari berbgai macam komponen
navigasi yang sangat penting untuk bisa terbang dan melakukan berbagai
manuver, baik dikontrol langsung maupun otomatis. Komponen-komponen
navigasi tersebut terinstal dalam sebuah sistem yang disebut INS (Inertial
Navigation System), yaitu sistem navigasi yang memanfaatkan fenomena inersia
dari benda yang bergerak. INS merupakan teknologi yang sangat vital di bidang
navigasi. Dan sudah seharusnya dikembangkan secara mandiri terutama di
Indonesia.
Sebuah INS biasanya terdiri dari akselerometer dan gyrometer untuk
sumbu xyz. Dalam proyek akhir ini, INS akan dikembangkan dengan merancang
dan membuat inovasi sebuah desain prototipe sensor inersia baru, dimana
fungsinya menyerupai sensor gyro. Sensor gyro mengukur sudut rotasi sumbu xyz
terhadap pusat bumi, jika perangkat ini dimiringkan, maka sumbu xyz nya
berubah.
Gambar 1.5 berikut ini adalah contoh INS yang menggunakan sensor gyro
dan accelerometer:
3
Gambar 1.5: INS menggunakan sensor gyro dan accelerometer
Dalam proyek akhir ini, prototipe akan dibuat dengan memanfaatkan sifat
zat cair, yaitu selalu sejajar dengan permukaan bumi. Oleh karena itu akan dibuat
sebuah desain mekanik dengan bentuk menyerupai setengah bola yang kemudian
di bagian dalamnya akan diisi air raksa dan dimasukkan kawat nikelin. Kawat
nikelin tersebut akan tercelup dalam cairan raksa, apabila kawat tersebut diberi
tegangan maka akan didapatkan nilai hambatan yang berbeda sesuai panjang
kawat nikelin yang tercelup. Nilai tersebut yang akan diambil dan di olah untuk
mendapatkan sudut rotasi dari sumbu pitch dan roll. Sedangkan sudut rotasi pada
sumbu yaw akan dibantu menggunakan sensor kompas. Bisa dikatakan proyek
akhir ini nantinya akan berfokus pada pegembangan dan pembuatan sebuah
desain prototipe sensor inersia baru.
1.2 Tujuan
Tujuan yang ingin di capai dalam proyek akhir ini adalah:
Tujuan umum: untuk ikut serta dalam pengembangan Pesawat Udara
Nir Awak Indonesia.
Tujuan khusus: untuk merancang, membuat, dan mengembangkan
INS, dengan fokus pengerjaan pada prototipe sensor inersia baru,
berserta sistem instrumentasinya.
4
1.3 Perumusan Masalah
Dalam proyek akhir ini akan dibuat prototipe sensor inersia baru dengan
memanfaatkan sifat zat cair yang selalu sejajar dengan permukaan bumi, dimana
air raksa akan digunakan sebagai medianya. Dan kawat nikelin sebagai
penghantarnya.
Permasalahan yang dapat diangkat dalam pembuatan proyek akhir ini
adalah bagaimana membuat sebuah prototipe sensor inersia baru dimana ada
beberapa kriteria yang perlu diperhatikan yaitu ukuran, bentuk, dan instrumennya.
Bagian mekanik dari INS ini merupakan dasar perencanaan pembuatan prototipe
itu sendiri, karena merupakan sebuah inovasi dalam pembuatan sensor inersia
baru. Sehingga bentuk desain dari sensor ini sangat deperhatikan, agar dapat
bekerja secara optimal.
1.4 Batasan Masalah
Dalam pembuatan laporan proyek akhir ini akan dibatasi
permasalahannya yaitu sebagai berikut :
1. Proyek akhir ini dikerjakan dengan fokus pada desain prototipe
sensor inersia baru.
2. Sudut kemiringan pada sumbu rolling dan pitching hanya dibatasi
sampai 30°.
3. Berat dari prototipe direncanakan tidak lebih dari 400gram.
4. Pengujian dilakukan dengan membuat sebuah monitoring pada PC
yang akan dihubungkan dengan hardware.
5. Prototipe bekerja pada kecepatan tetap atau percepatan sama
dengan nol.
1.5 Metodologi
Dalam pengerjaan proyek akhir ini, dilakukan dalam beberapa tahap,
sebagai berikut: tahap studi literatur, tahap permodelan dan simulasi, tahap
perancangan, fabrikasi, tahap pengujian sistem, tahap analisa dan eksperimen.
5
Penjelasan lebih detail adalah dibawah ini:
1. Studi literatur tentang sistem kontrol INS.
2. Permodelan dan simulasi dari INS dengan menggunkan Matlab-
Simulink beserta kontroller yang digunakan kemudian mensimulasikan
cara kerjanya.
3. Melakukan perhitungan nilai hambatan dari kawat nikelin yang
tercelup dalam raksa.
4. Perancangan dan pembuatan prototipe sensor inersia baru dengan
membuat bagian mekanik, dan pada bagian elektronik dibuat
komparator untuk mengatur nilai tegangan dari perbandingan
hambatan yang terukur dari prototipe kemudian di olah dalam
kontrollernya.
5. Pengujian sistem yang dihubungkan dengan PC menggunakan Matlab.
6. Analisa dan eksperimen, yaitu pengujian dari sistem dan
membandingkan hasilnya dengan hasil eksperimen. Kemudian
melakukan perbaikan pada bagian yang kurang.
Strategi dari pengerjaan proyek akhir ini dibuat dalam bentuk flowchart
seperti Gambar 1.6:
6
Gambar 1.6: Perencanaan penyelesaian proyek akhir dalam flowchart
7
BAB 2
STUDI PENDAHULUAN
2.1 INS (Inertial Navigation System)
INS adalah alat bantu navigasi yang pada umumnya menggunakan
komputer, sensor translasi (accelerometer), dan sensor rotasi (gyroscope) untuk
diolah datanya yang kemudian digunakan untuk mengetahui posisi, orientasi, dan
kecepatan dari sebuah wahana. Selain sensor-sensor tersebut, INS juga
menggunakan GPS untuk pengukuran yang lebih presisi.
Dalam INS terdapat komponen IMU (Inertial Measuring Unit), yaitu unit
yang terdiri dari sensor-sensor posisi, rotasi, maupun kecepatan. Ada tiga
parameter posisi dinamis berdasarkan sudut rotasi dari titik berat sebuah wahana.
Yaitu pitch (ketika badan berotasi naik atau turun), yaw (badan berotasi ke kiri
atau ke kanan), dan roll (badan berotasi searah jarum jam atau berlawanan jarum
jam). Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada Gambar 2.1 dibawah ini.
Gambar 2.1: Orientasi pitch, yaw, dan roll pada wahana pesawat terbang
INS digunakan untuk berbagai wahana, baik darat, air, maupun udara.
Cotohnya INS pada kapal, pesawat, kapal selam, peluru kendali, pesawat ulang
8
alik, dan roket. Seperti yang telah dikembangkan oleh Sukkarieh (2000),
Bennamoun et al (1990), Ohlmeyer et al , Wolf et al , dan Known (2000).
Menurut Walchko (2003), flow chart dasar bagaimana INS bekerja bisa
dilihat pada Gambar 2.2. Pada gambar tersebut bisa dilihat bahwa INS mengambil
data pengukuran akselerasi dan rotasi dari IMU. Yang kemudian diolah menjadi
data berupa posisi, kecepatan, dan sikap atau orientasi.
Gambar 2.2: Flow chart dasar cara kerja INS
2.2 IMU (Inertial Measuring Unit)
IMU adalah sebuah alat elektronik yang mengukur dan memberikan
informasi mengenai kecepatan, orientasi, dan gaya gravitasi. Komponen utama
dari IMU adalah akselerometer dan sensor gyro. IMU bekerja dengan cara
mendeteksi akselerasi, dan rotasi dari wahana (pitch, yaw, roll). Sedangkan
konstruksi dari IMU sendiri terdiri dari masing-masing 3 axis sensor gyro dan
akselerometer.
IMU secara khusus digunakan untuk manuver pesawat terbang, UAV
(Unmanned Aerial Vehicle), roket, dan lain-lain. Selain itu digunakan untuk
sistem navigasi dari misil balistik, seperti yang digunakan oleh Prancis dalam
membuat misil balistiknya IRBM (Intermediate-Ranged Ballistic Missile) S2 dan
IRBM S3. Gambar 2.3 berikut adalah gambar dari IMU yang digunakan dalam
IRBM S3.
9
Gambar 2.3: IMU pada Misil Balistik IRBM S3 milik Prancis
Berikut ini adalah sensor-sensor inersia yang akan digunakan pada proyek
akhir ini:
2.2.1 Gyro Sensor
Adalah sensor untuk mengukur sudut orientasi dari sebuah benda
atau wahana. Dewasa ini sensor gyro sudah bisa didapatkan dalam bentuk
chip, atau dikenal sebagai MEMS (Micro Electro-Mechanical System).
Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, untuk mendapatkan 3
parameter posisi (pitch, yaw, roll) dari suatu wahana, maka diperlukan
juga MEMS 3 axis.
Pada proyek akhir ini sensor gyro tidak digunakan, karena fokus
pengerjaan proyek akhir ini sendiri adalah membuat sebuah prototipe
sensor inersia baru yang fungsinya menyerupai sensor gyro.
2.2.2 Digital Commpass
Kompas digital adalah jenis kompas yang sudah dibuat dalam
bentuk IC untuk memudahkan pemakaian, khususnya dibidang navigasi.
Pada kompas, arah mata angin dibagi dalam bentuk derajat yaitu : Utara
(0°), Timur (90°), Selatan (180°) dan Barat (270°).
Pada proyek akhir ini sensor kompas yang digunakan adalah
Modul Sensor CMPS09 Tilt Compensated Magnetic Compass (Gambar
2.4).
10
Gambar 2.4: CMPS09 Tilt Compensated Magnetic Compass
Dibawah ini adalah spesifikasi yang dimiliki oleh CMPS09 Tilt
Compensated Magnetic Compass:
Catu daya : 3,3VDC - 5VDC
Terintegrasi dengan magnetometer 3-axis dan
accelerometer 3-axis
Berbasiskan mikrokontroler 16-bit
Antarmuka : Serial UART TTL, I2C dan PWM
Ketelitian pembacaan sensor : 0,1 °
Sedangkan untuk dimensi dan konfigurasi pinnya dapat dilihat
pada Gambar 2.5 dibawah ini.
Gambar 2.5: Dimensi dan konfigurasi pin CMPS09 Tilt Compensated Magnetic
Compass
Sensor kompas magnetik akan digunakan dalam proyek akhir ini
sebagi sensor untuk mendeteksi rotasi di sumbu yaw. Karena pada
prototipe sensor inersia baru masih dibatasi hanya pada sumbu roll dan
pitch. Sehingga membutuhkan sensor tambahan untuk yaw aksisnya.
11
2.2.3 Accelerometer
Akselerometer adalah sensor untuk mengukur kecepatan linear
dari suatu benda atau wahana. Akselerometer juga dapat didapatkan
dalam bentuk chip (MEMS Accelerometer). Dan juga harus memasang 3
akselerometer pada tiap aksis untuk mendapatkan besar kecepatan linear
pada tiap-tiap sumbunya, seperti pada sensor gyro.
Pada proyek akhir ini, akselerometer yang akan digunakan adalah
MMA7455 3-Axis Accelerometer Module, yang diproduksi oleh Parallax.
Berikut adalah gambar dari akselerometer MMA 7455 (Gambar 2.6).
Gambar 2.6: MMA7455 3-Axis Accelerometer Module
Spesifikasi dari MMA 7455 adalah sebagai berikut:
Catu daya : 2,5VDC - 5,5VDC
Berbasiskan accelerometer 3-axis MMA7455L yang
mampu mendeteksi sumbu x, y dan z
Terintegrasi dengan ADC internal
Sensitivitas dapat dipilih : ± 2g, ± 4g atau ± 8g
Terdapat 2 sumber interrupt : INT1 dan INT2
Antarmuka : SPI dan I2C
Dapat dihubungkan dengan berbagai tipe mirkokontroler
Dimensi : 0,5 x 0,6 x 0,46 inch
Bekerja pada temperatur : -40° sampai ± 85° C
12
Gambar 2.7 dan Tabel 2.1 berikut menjelaskan konfigurasi pin
dari MMA 7455:
Gambar 2.7: Konfigurasi Pin pada MMA 7455 3-Axis Accelerometer Module
Tabel 2.1: Deskripsi Pin MMA 7455 3-Axis Accelerometer Module
2.2.4 GPS (Global Positioning System)
GPS adalah sistem satelit navigasi dan penentuan posisi. Beberapa
kemampuan GPS antara lain dapat memberikan informasi tentang posisi,
kecepatan, dan waktu secara cepat, akurat, murah, dimana saja di bumi ini
tanpa tergantung cuaca. Hal yang perlu dicatat bahwa GPS adalah satu-
satunya sistem navigasi ataupun sistem penentuan posisi dalam beberapa
abad ini yang memiliki kemampuan handal seperti itu. Ketelitian dari GPS
dapat mencapai beberapa mm untuk ketelitian posisinya, beberapa cm/s
untuk ketelitian kecepatannya dan beberapa nanodetik untuk ketelitian
waktunya. Ketelitian posisi yang diperoleh akan tergantung pada beberapa
faktor yaitu metode penentuan posisi, geometri satelit, tingkat ketelitian
data, dan metode pengolahan datanya (Jangwahyu, 2008).
13
Pada proyek akhir ini GPS yang digunakan adalah PMB-688 GPS
module yang diproduksi oleh Polstar. Berikut adalah gambar dari PMB-
688 GPS module (Gambar 2.8).
.
Gambar 2.8: PMB-688 GPS module
PMB-688 GPS module memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Catu daya : 3,3VDC - 5VDC
Frekuensi kerja : 1575,42 MHz
Mampu mengakomodasi data dari 20 satelit secara parallel
Chipset : SiRF Star III
Akurasi posisi : 2DRMS approximately 5m
Akurasi kecepatan : 0,1m/s
Cold Start : 42 detik
Warm Start : 38 detik
Hot Start : 1 detik
Datum : WGS 84
Antamuka : Serial TTL
Output data : NMEA0183 V2.2, GGA, GSV, GSA, RMC
Gambar 2.9 menunjukkan dimensi dan konfigurasi pin dari PMB-
688 GPS module.
14
Gambar 2.9: Dimensi dan konfigurasi pin PMB-688 GPS module..
15
BAB 3
DESAIN PROYEK AKHIR
3.1 Pendahuluan
Proyek akhir ini akan berfokus pada desain mekanik, yaitu sebuah
prototipe sensor inersia baru, yang akan dibahas sacara detail dalam bab ini.
Gambar 3.1 berikut adalah penjelasan rancangan dalam bentuk blok diagram.
Gambar 3.1: Blok diagram proyek akhir yang dikerjakan
Pada blok diagram diatas dapat dilihat bahwa prototipe sensor inersia baru
yang dibuat akan digunakan untuk mengetahui sudut rotasi pada summbu pitch
dan roll, sedangkan untuk sumbu yaw akan dibantu menggunakan sensor kompas.
Selain itu dilengkapi juga GPS dan accelerometer untuk menunjang data-data dari
prototipe sensor inersia baru.
Gambar 3.2 berikut adalah ilustrasi dari cara kerja prototipe sensor inersia
baru yang akan dikembangkan dlam proyek akhir ini.
16
Gambar 3.2: Ilustrasi cara kerja sensor inersia baru pada keadaan sejajar dengan permukaan
bumi (kiri) dan saat dimiringkan (kanan)
Pada gambar diatas dapat dilihat ketika prototipe pada keadaan sejajar
dengan permukaan bumi (gambar kiri) maka bagian kawat nikelin yang tercelup
pada air raksa sama, sehingga hambatan yang terukur juga relatif sama (RA=RB).
Sedangkan ketika prototipe dimiringkan (gambar kanan), maka kawat nikelin
yang tercelup memiliki perbedaan, sehingga hambatan yang terukur adalah
RB>RA. Dari perbedaan hambatan ketika prototipe dimiringkan itulah
dimanfaatkan untuk memperoleh data kemiringan dari keadaan pitching dan
rolling.
3.2 Desain Mekanik
Pada bagian mekanik, desain dibuat menjadi 2 bagian. Yaitu bagian atas
dan bagian bawah. Bentuk dari desain mekaniknya dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3: Desain dari sensor inersia baru
17
Seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.3, bagian desain dibuat
membentuk setengah bola, dimana antara bagian atas dan bawah dibuat celah
kecil untuk tempat air raksa dan kawat nikelin sebagai konduktor untuk
pengukuran rotasi prototipe nantinya. Kemudian pada bagian bawah akan di
masukkan air raksa, lalu bagian atas ditutupkan, sehingga raksa berada di celah
antara bagian atas dan bagian bawah. Kawat nikelin akan dimasukkan pada celah
kecil pada bagian atas, ada 4 lubang kecil simetris sebagai kutub-kutubnya dan
satu lubang kecil ditengah sebagai ground.
Desain dibuat sekecil mungkin dan seringan mungkin agar dapat
digunakan secara optimal. Besar dari bagian mekanik ini kira-kira sekepal tangan
orang dewasa. Untuk lebih detail, bisa dilihat pada Gambar 3.4 dimensi dari
desain mekaniknya.
Gambar 3.4: Dimensi dari bagian mekanik sensor inersia baru.
Untuk cara kerja dari prototipe ini adalah ketika kawat nikelin dimasukkan
ke dalam celah pada prototipe ini, kemudian tercelup dalam air raksa. Saat tiap
kutub (4 kutub) diberi tegangan, maka dari tiap-tiap kutub akan didapatkan
referensi tegangan. Dimana ketika prototipe dimiringkan maka cairan raksa yang
ada di dalam juga akan ikut bergerak, sesuai dengan sifat zat cair bahwa selalu
sejajar dengan permukaan bumi. Begitu juga kawat nikelin yang tercelup dalam
raksa juga akan berubah, yang mengakibatkan tegangan juga ikut berubah. Dari
perubahan tegangan itulah akan digunakan untuk mendapatkan data kemiringan
dari sensor. Berikut adalah bagian prototipe jika dilihat dari dalam (Gambar 3.5).
18
Gambar 3.5: Bagian dalam prototipe sensor inersia baru.
3.3 Rangkaian Elektronik
Bagian elektronik dari prototipe sendiri akan menggunakan rangkaian
komparator dari tiap-tiap kutub pada prototipe. Gambar 3.6 menunjukkan
rangkaian komparator yang digunakan untuk prototipe.
Gambar 3.6: Rangkaian komparator untuk IMU
Pada gambar di atas dapat dilihat ada 4 resistor dimana bagian tersebut
adalah rangkaian pengganti dari sensor inersia, dimana tiap resistor mewakili tiap
kutub pada prototipe. Jadi tiap perubahan hambatan pada kawat nikelin akan
mengakibatkan perbedaan tegangan yang kemudian akan masuk ke komparator
dan tegangan yang masuk akan di olah di mikrokontroller.
19
Untuk minimum sistemnya digunakan Atmega16 sebagai mikrokontroller.
Pada rangkaian minsis juga akan ditambahkan LCD karakter dan tambahan port
serial untuk pengantarmukaan dengan komputer.
Rangkaian minimum sistem bisa dilihat pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7: Rangkaian minimum sistem.
Pada gambar di atas dapat kita lihat PortC digunakan untuk display berupa
LCD karakter. Sedangkan Port yang lain digunakan untuk input data dari sensor
compass, accelerometer, GPS, dan juga tentu saja input data dari prototipe sensor.
Kemudian rangkaian juga akan disambungkan ke PC menggunakan komunikasi
serial RS232 untuk monitoring data dari prototipe sensor..
20
Lampiran 1.
JADWAL PELAKSANAAN PROYEK AKHIR
Lampiran 2.
PERKIRAAN BIAYA PROYEK AKHIR
No Nama Bahan Satuan Jumlah Harga Satuan
Harga
1 Material Teflon kg 4 60.000 240.000
2CMPS09 Tilt Compensated
Magnetic Compass buah 1 775.000 775.000
3MMA 7455 3-Axis
Accelerometer Modulebuah 1 480.000 480.000
4 PMB-688 GPS module buah 1 505.000 505.000
5 Rangkaian Elektronik seperlunya - - 300.000
Total Biaya 2.300.000
DAFTAR PUSTAKA
Bennamoun, M., Boashash, B., Faruqi, F. and Dunbar, M., “The Development of
an Integrated GPS/INS/Sonar Navigation System for Autonomous
Underwater Vehicle Navigation,” 1990 IEEE Symposium on Autonomous
Underwater Vehicle Technology, Washington, DC, pp. 256-261, June 5-6,
1990.
Jangwahyu, Pengertian GPS, 2008, http://gaulwahyu.wordpress.com/2008/10/16/
pengertian-gps/, diakses tanggal27 Juni 2011.
Kemristek, IPTEK TTG : PESAWAT UDARA NIR AWAK (PUNA), 2010,
http://www.ristek.go.id/?module=News%20News&id=5280, diakses
tanggal 4 Juli 2011.
Kemhan, BPPT KEMBANGKAN PESAWAT UDARA TANPA AWAK, 2010,
http://www.dephan.go.id/modules.php?
name=News&file=article&sid=7473, diakses tanggal 4 Juli 2011.
Kwon, J.H., “Airborne Vector Gravimetry Using GPS/INS," Ohio State
University, Ohio, April 2000.
Ohlmeyer, E., Pepitone, T., and Miller, B., “Assessment of Integrated GPS/INS for
the EX-171 Extended Range Guided Munitions,” Naval Surface Warfare
Center.
Sukkarieh, S., “Low Cost, High Integrity, Aided Inertial Navigation Systems for
Autonomous Land Vehicles,” Ph.D. Thesis, University of Sydney, March
2000.
Walchko, K., Nechyba, M., Schwartz, E., Arroyo, A., “Embedded Low Cost
Inertial Navigation System,” 2002 FCRAR, Dania Beach, FL, May 2003.
Wolf, R., Eissfeller, B., Hein, G.W., ”A Kalman Filter for the Integration of a
Low Cost INS and an attitude GPS," Institute of Geodesy and Navigation,
Munich, Germany.
_______, Accelerometer, 2011, http://en.wikipedia.org/wiki/Accelerometer,
diakses tanggal 23 Juni 2011.
_______, Datasheet CMPS09 Tilt Compensated Magnetic Compass, http://digi-
ware.com/, diakses tanggal 4 Juli 2011.
_______, Datasheet MMA7455 3-Axis Accelerometer Module, http://digi-
ware.com/, diakses tanggal 4 Juli 2011.
_______, Datasheet PMB-688 GPS module, http://digi-ware.com/, diakses
tanggal 4 Juli 2011.
_______, Flight Dynamics, 2011, http://en.wikipedia.org/wiki/Flight_dynamics,
diakses tanggal 23 Juni 2011.
_______, Gyroscope, 2011, http://en.wikipedia.org/wiki/Gyroscope, diakses
tanggal 23 Juni 2011.
_______, Inertial Measuring Unit, 2011, http://en.wikipedia.org/wiki/
Inertial_Measurement_Unit, diakses tanggal 23 Juni 2011.
_______, Inertial Navigation System, 2011, http://en.wikipedia.org/wiki/
Inertial_navigation_system, diakses tanggal 23 Juni 2011.
_______, Intermediate-Range Ballistic Missile, 2011, http://en.wikipedia.org/
wiki/Intermediate-range_ballistic_missile, diakses tanggal 25 Juni 2011.
_______, Vibrating Structure Gyroscope, 2011, http://en.wikipedia.org/wiki/
MEMS_gyroscope, diakses tanggal 25 Juni 2011.