32

BAB III

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT

KERAS DAN PERANGKAT LUNAK

3.1 Pengontrol Penerbangan

Pengontrol Penerbangan / Flight Controller (FC) yang digunakan pada

wahana ini adalah flight controller dari wahana sebelumnya. CRIUS All In One Pro

V2. FC ini tergolong cukup lengkap dengan perangkat lunak permanen bersifat

terbuka dari megapirate NG. memiliki 8 kanal untuk penerima gelombang standar

dan PPM SUM kanal input. Memiliki 3 kanal kelaran untuk servo gimbal. FC ini

dilengkapi dengan 16Mbit dataflash chip untuk data-logging otomatis, ATMega

2560-16AU sebagai microcontroller, MPU6050 gyro sensor / accelerometer

dengan unit prosesor pergerakan, HMC5883L sebagai magnetometer, dan

MS5611-01BA03 altimeter dengan presisi tinggi.

Dengan fitur-fitur yang sudah ada pada FC ini, maka bisa disimpulkan

bahwa FC ini adalah FC yang cukup lengkap untuk keperluan penerbangan pesawat

tanpa awak sipil. Selain dilengkapi dengan fitur yang mumpuni, FC ini juga mudah

didapatkan di pasar Indonesia.

Gambar 3 - 1 Pengontrol Penerbangan Crius AIOP V2

33

Tabel 3 - 1 Perbandingan Pengontrol Penerbangan

Pro

ject

MC

Us

Sen

sors

Flig

ht

m

od

es

Co

nfi

gur

atio

n(s

)

Pri

ce/E

UR

Tri

Qu

ad

Hex

a

Oct

o

>Oct

o

Gyr

o

Acc

GP

S

Co

mp

as

s Pre

ssu

r

e

DSL

Tem

p

HH

AC

C

AH

Hei

ght

Ho

ld

GP

S P

H

GP

S FP

+

x ☆

Y ☆

+

V

Aer

oQ

uad

W F

Ard

uin

o P

ro

Min

i/ S

TM3

2 F

4

MEM

S

Y Y Y Y N

N

Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y N

N

10

0$

- 2

00

$

Ard

uco

pte

r W

F

Atm

ega2

56

0

MEM

S

Y Y Y Y ?

Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y N

AP

M 1

.0 $

25

0

AP

M 2

.0 $

19

9

USD

dra

gon

Co

pte

r W

STM

32F

MEM

S

Y Y Y Y N

Y Y Y ?

N

N

N

N

Y N

N

N

N

N

N

N

540

Euro

s

HB

-Ko

pte

r W

LPC

214

8

MEM

S

Y Y Y Y 1x

Y ?

Y ?

Y Y Y N

Y N

N

N

N

N

N

N

?

Mu

ltiW

iiCo

pte

r W

F

Ard

uin

o P

ro M

ini &

Meg

a

MEM

S

Y N

Y Y N

N

Y Y ?

Y N

N

Y Y Y Y Y N

N

N

N

≥200

op

enm

ult

ico

pte

r

min

i W F

STM

32

MEM

S

Y Y Y Y Y Y N

Y ?

Y Y Y N

Y Y N

N

N

N

N

N

Op

enP

ilot

Co

pte

rCo

ntr

ol W

F

STM

32

MEM

S

Y Op

t

Op

t

Op

t

N

Y Y Y ?

N

N

N

Y Y Y Y Y Y Y Y Y 95

$

Pap

araz

zi

bo

oz

W

LPC

214

8

MEM

S

Y Op

t

Y Y Y Y Y Y ?

Y Y Y N

Y Y Y Y Y Y Y Y

Pap

araz

zi

Lisa

/L W

STM

32

MEM

S

Y Op

t

Y Y Y Y Y Y ?

Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y

34

Pap

araz

zi

Lisa

/M W

STM

32

MEM

S

Y Op

t

Y Y Y Y Y Y ?

Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y

Shre

diq

uet

te W

Ard

uin

o P

ro

Min

i (M

32

8p

)

MEM

S

Y Y Y Y N

N

Y Y ?

Y Y Op

t

Y N

Y Y N

N

N

N

N

25

0 -

40

0

UA

VP

W

PIC

16

F87

6

MEM

S

Y Op

t

Op

t

Op

t

Y N

Y Y ?

Y N

N

Y Y Y N

N

N

N

N

N

ca. 4

61

UA

VP

-NG

W F

1x

ATT

Meg

a, 1

x

LPC

21

48

MEM

S

Op

t

Op

t

Op

t

Y 4x

Y Y Y ?

Y Y Op

t

Y Y Y Op

t

Y Y Y Op

t

Y ca. 4

20

UA

VP

-NG

Min

i W F

2x A

TTM

ega,

1x

LPC

214

9

MEM

S

Op

t

Op

t

Op

t

Y 4x

Y Y Y ?

Y Y Op

t

Y Y Y Op

t

Y Y Y Op

t

Y ca. 4

00

UA

VX

W F

Rep

lace

ori

gin

al

PIC

w/p

lug-

in

18F2

620

an

d

UA

VX

fir

mw

are

by

gke

M

EMS

Y Op

t

Op

t

Op

t

Y Op

t

Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y US

$13

0-$

450

Tabel diatas merupakan tabel perbandingan FC dengan sumber terbuka

(Open Source). Hampir semua fitur yang terdapat pada FC lain terdapat pada FC

Crius. Penerima gelombang standar pada FC ini berfungsi untuk penerimaan

perintah dari pengontrol jarak jauh. perintah yang diterima adalah perintah sesuai

kanal yang tersambung pada pengontrol jarak jauh. perintah mulai dari kanal 1

hingga kanal 8.

Tabel 3-1 Perbandingan Pengontrol Penerbangan (lanjutan)

Gambar 3 - 2 Kalibrasi Radio

35

Gambar 3 - 4 Pembacaan Magnetometri

MPU6050 gyro sensor / accelerometer ini yang mengatur pergerakan

wahana agar stabil dan mudah dikontrol. Data yang didapat oleh MPU6050 ini

adalah 3 axis gyroscope, 3 axis accelerometer, dan temperatur pada sekitar sensor.

Hasil pembacaan sinyal input ini dikelola oleh microcontroller pada FC agar dapat

memperbaiki posisi wahana supaya seimbang dan stabil.

HMC5883L magnetometer adalah modul multi-chip dengan penginderaan

magnetik dengan antarmuka digital. Sensor ini menghasilkan pembacaan kompas

dengan akurasi 1o-2o dan pembacaan magnetometri. Sensor ini sangat penting bagi

sistem navigasi wahana. Menentukan arah wahana berdasarkan medan magnet

bumi.

Gambar 3 - 3 Pembacaan IMU

36

MS5611-01BA03 altimeter/barometer adalah sensor untuk membaca

ketinggian wahana. Sensor ini sangat sensitive dengan keadaan sekitar sensor.

Perubahan suhu yang ekstrim dan mendadak dapat menyebabkan kesalahan

pembacaan. Perubahan suhu ekstrim tersebut bisa didapat dari paparan sinar

matahari langsung dan angin dari baling-baling. Pembacaan sensor ini penting agar

wahana bisa menahan posisi pada ketinggian tertentu. Apabila sensor ini terganggu,

maka wahana tidak bisa menjaga stabilitas ketinggian. Untuk menjaga kestabilan

ini, sensor ditutup menggunakan busa gelap dan FC ditutup juga menggunakan

wadah berwarna gelap.

Semua sensor tadi ada di dalam pengontrol penerbangan Crius All In One

Pro V2 yang digunakan dalam wahana. Sensor-sensor tersebut diintegrasikan agar

wahana bisa berfungsi dengan semestinya.

3.2 Pengontrol Kecepatan Elektronik.

Pengontrolan wahana dilakukan dengan cara mengontrol kecepatan baling

baling pada setiap motor yang terdapat di wahana. Motor yang digunakan pada

wahana adalah motor BLDC (Brushless DC Motor). Untuk mengontrol motor

BLDC ini, maka dibutuhkan pengontrol kecepatan elektronik atau sering disebut

juga sebagai ESC (Electronic Speed Controller). Setiap motor dikontrol oleh 1

ESC. Instalasi ESC sangat mudah. ESC memiliki 2 ujung, ujung pertama memiliki

kabel plus dan minus yang disambungkan ke catu daya dan kabel data yang

disambungkan ke FC sesuai dengan bagan yang dibutuhkan. Ujung kedua memiliki

3 kabel yang semuanya tersambung pada motor sebagai pengatur kecepatan motor

dan menentukan arah motor.

37

Prinsip kerja ESC yaitu mengubah arus DC dari catu daya/baterai menjadi

arus AC 3 fasa untuk mengontrol kecepatan motor. Pengontrolan dilakukan dengan

mengubah frekuensi fasa yang dikirimkan ke motor sesuai dengan throttle sesuai

perintah atau kebutuhan.

Pada multirotor, arah putaran motor saling berkebalikan demi menjaga

keseimbangan, kestabilan, dan kemudahan kontrol. ESC tidak dapat mengatur arah

putaran sesuai kemauan pengguna. Motor yang dikontrol oleh ESC akan berputar

pada satu arah saja.

Gambar 3 - 5 Bagan Instalasi Pengontrol Kecepatan Elektronik

Gambar 3 - 6 Arah Rotasi Motor Pada Multicopter

38

Oleh karena itu, untuk menentukan arah putaran motor, harus dilakukan

pengecekan ganda saat instalasi ESC. Pembalikan arah motor dapat dilakukan

dengan cara membalik 2 dari 3 kabel penghubung pada motor.

3.3 Global Positioning System

Global Positioning System (GPS) atau Sistem Pemosisian Global adalah

salah satu sistem yang sangat diandalkan wahana. GPS diandalkan baik saat

menahan wahana pada satu posisi, bernavigasi ke suatu lokasi tertentu, mengetahui

posisi tepat wahana, dll. Untuk mencapai hasil navigasi yang optimal, GPS harus

mendapat koneksi dengan satelit sebanyak mungkin dan error sekecil mungkin.

Koneksi satelit atau sering disebut sebagai satcount yang diharapkan adalah sekitar

20 satelit. Semakin banyak satelit yang terdapat pada satcount, maka pergerakan

wahana akan semakin akurat. Error yang dimaksud adalah HDOP (Horizontal

Dilution of Position). Error ini bisa disesbut sebagai dilusi geometris. Dilusi ini

dihasilkan karena perbedaan persepsi posisi objek pada setiap satelit yang

terhubung dengan objek. Besaran HDOP adalah besaran perbandingan error dengan

posisi sebenarnya. Besaran HDOP yang ideal adalah <1. Ini adalah kemungkinan

terbaik yang bisa didapatkan oleh suatu wahana. Besaran 1-2 adalah besaran yang

diharapkan dari wahana. Semakin besar besaran HDOP, maka semakin besar

perbandingan error dengan posisi sebenarnya.

Sebuah sistem navigasi satelit dengan cakupan wilayah global disebut

dengan GNSS (Global Navigation Satellite System). Saat ini ada beberapa GNSS

yang sudah beroperasi di Medium Earth Orbit. GNSS tersebut adalah: NAVSTAR

dari Amerika, GLONASS dari Rusia, Galileo dari Uni Eropa, dan BeiDou dari

39

China. Sistem navigasi global ini memiliki peranan penting dalam pemberian

informasi kepada wahana. GPS yang digunakan pada wahana ini memiliki

kemampuan untuk menerima informasi dari 3 GNSS dalam waktu yang sama.

Indikator koneksi GNSS dapat diketahui dari gpsstatus pada stasiun kontrol darat.

GNSS yang informasinya dapat diterima adalah GLONASS, Galileo, dan BeiDou.

Dengan terkoneksi dengan 3 GNSS ini, maka wahana bisa melakukan misi dengan

akurasi sekitar 1-2 meter.

3.4 Stasiun Kontrol Darat

Pengontrolan misi wahana dikendalikan dari stasiun kontrol darat. Stasiun

ini terdiri dari sebuag computer dengan perangkat telemetri untuk pengiriman dan

penerimaan sinyal dari wahana. Perangkat lunak pada stasiun kontrol darat ini

adalah Mission Planner. Perangkat lunak ini adalah aplikasi untuk ardupilot dengan

sumber terbuka untuk kendali otomatis. Pada stasiun kontrol darat ini terdapat fitur

lengkap untuk wahana. Data penerbangan, perancangan penerbangan, pengaturan

awal wahana, konfigurasi dan pengaturan wahana, simulasi penerbangan, dsb.

Aplikasi ini dapat didapatkan secara gratis dengan mengunduhnya pada situs

mission planner.

Gambar 3 - 7 Antarmuka Mission Planner

40

3.5 Catu Daya Wahana

Catu daya pada wahana digunakan untuk mencatu semua perangkat yang

terdapat dalam wahana. Mulai dari sistem propulsi hingga sistem kendali. Pada

wahana ini, sistem catu daya dibagi menjadi 2. Yaitu catu daya untuk sistem kendali

dan catu daya untuk sistem propulsi. Sistem catu daya yang terpisah ini lebih

menguntungkan wahana karena wahana mendapatkan waktu terbang yang lebih

lama daripada menggunakan hanya satu sistem catu daya terpadu. Catu daya yang

digunakan pada sistem kendali adalah baterai Lithium Polymer dengan 3 sel. Catu

daya ini berfungsi sebagai daya utama bagi pengontrol penerbangan, sensor, sistem

navigasi, sistem telemetri, dan sensor api. Sedangkan catu daya untuk sistem

propulsi adalah baterai Lithium Polymer dengan 4 sel. Catu daya digunakan khusus

untuk menyuplai daya ke 6 motor.

Catu daya yang digunakan pada sistem kendali berkapasitas 2200 mAh

dengan tegangan maksimum 12V dan tegangan minimum 11.1V. Catu daya ini

disambungkan ke Pengontrol Penerbangan melewati UBEC. UBEC adalah penurun

tegangan atau Step Down Converte. Tegangan input dari baterai sebesar 12V diubah

UBEC menjadi 5V sehingga bisa diterima oleh pengontrol penerbangan.

Pengontrol penerbangan meneruskan tegangan yang diterima dari UBEC ke

pengontrol kecepatan elektronik, sistem telemetri, dan GPS. Catu daya ini dapat

digunakan dalam beberapa penerbangan tanpa harus ada pengisian kembali. Catu

daya ini juga memungkinkan pengguna wahana untuk mengambil data pada

wahana tanpa membuang tenaga untuk sistem propulsi. Pengambilan data yang

diperlukan adalah pengambilan data GPS agar wahana bisa terbang dengan stabil.

41

Catu daya yang digunakan pada sistem propulsi ini memiliki kapasitas

sebesar 10.000 mAh dengan tegangan maksimum 16.8V dan tegangan minimum

14.8V. Catu daya dihubungkan ke papan distribusi listrik untuk menyalurkan

tegangan ke 6 motor secara paralel. Tegangan yang memasuki motor dikontrol oleh

pengontrol kecepatan elektronik yang dikontrol oleh pengontrol penerbangan. Catu

daya ini dapat memberikan waktu penerbangan untuk wahana dengan berat 3.8kg

sekitar 15 menit. Catu daya ini adalah perangkat paling berat didalam wahana. Catu

daya diletakan tepat di tengah wahana di tempat yang telah disediakan agar pusat

massa wahana berada di tengah. Pusat massa yang di tengah wahana ini membantu

wahana agar wahana lebih seimbang saat beroperasi dan tidak memberi beban

berlebihan pada motor tertentu.

3.6. Sistem Propulsi Wahana

Motor yang digunakan pada wahana ini adalah V2814-11KV700 dengan

baling baling 12 inch dengan pitch 3,8. Dengan kombinasi motor dan baling baling

ini, didapatkan gaya dorong paling tinggi dibanding dengan baling-baling dengan

ukuran yang lain pada motor dan catu daya yang sama.

Gambar 3 - 8 Tabel Perbandingan Motor - Baling-baling

42

Dari tabel diatas, maka dapat disimpulkan bahwa baling-baling 12x3.8

mendapat daya dorong/thrust paling besar daripada baling-baling lainnya.

Meskipun mendapat daya dorong paling besar, namun dengan baling baling ini

motor menjadi lebih panas.

3.7 Sistem Komunikasi Wahana

Sistem komunikasi wahana terbagi menjadi beberapa macam. Komunikasi

wahana dengan stasiun kontrol darat, komunikasi wahana dengan pengendali jarak

jauh, dan komunikasi wahana dengan satelit. Komunikasi wahana dengan stasiun

kontrol darat bersifat komunikasi dua arah menggunakan sistem telemetri. Sistem

telemetri sendiri menggunakan gelombang radio 2.4GHz untuk mengirim dan

menerima sinyal dari wahana dan stasiun kontrol darat. Sistem telemetri ini

berfungsi untuk mengetahui semua informasi tentang wahana yang sedang

beroperasi. Mulai dari posisi bujur dan lintang, kemiringan wahana, arah wahana,

moda yang sedang beroperasi, GNSS yang terhubung dengan wahana, jumlah

satelit yang terhubung dengan wahana, dan lain sebagainya. Sistem telemetri

memberikan informasi kepada pilot agar mengetahui semua status wahana secara

cepat dan tepat.

Sistem telemetri yang digunakan pada wahana adalah Holybro 500mW

433MHz transceiver. Modul telemetri ini bisa menjadi transmitter dan bisa menjadi

receiver tergantung peletakan modul tersebut. Sistem telemetri ini dapat

menjangkau stasiun kontrol darat dalam radius lebih dari 1km. Telemetri ini

kompatibel dengan perangkat lunak yang digunakan, yaitu Mission Planner.

43

Sistem komunikasi dengan pengontrol jarak jauh juga menggunakan

gelombang radio 2.4GHz yang bersifat satu arah. Pengontrol jarak jauh hanya bisa

memberikan perintah kepada wahana. Pengontrol jarak jauh yang digunakana

adalah turnigy 9x dengan 9 kanal berbeda yang bisa dimanfaatkan untuk

kepentingan misi wahana. Pengontrol ini menggunakan FrSky V8Fr-II dengan 8

kanal sebagai penerima dan pengirim. Modifikasi saluran penerima dan pengirim

gelombang radio ini dilakukan untuk mengurangi kemungkinan kehilangan sinyal

saat wahana beroperasi.

3.8 Perakitan Wahana

Perakitan wahana dilakukan secara bertahap. Tahap pertama adalah

perakitan rangka. Rangka dibuat dan dirakit sesuai dengan pemodelan yang telah

dilakukan. Tahap kedua adalah instalasi perangkat elektronik. Perangkat elektronik

yang akan dipasang dapat disesuaikan dengan kebutuhan dan kondisi wahana

3.8.1 Perakitan Rangka

Hal pertama yang dilakukan saat merakit wahana adalah pemotongan

batang aluminium sebagai airframe dan pemotongan akrilik sebagai dasar airframe.

Batang aluminium ini dipotong menjadi beberapa ukuran berbeda. 80cm, 37cm,

dan 20cm. aluminium dengan panjang 80cm dan 37cm menjadi rangka utama untuk

meletakkan motor, papan distribusi listrik, pengontrol kecepatan elektronik, dan

sensor api. Rangka ini disatukan dan diatur oleh akrilik yang telah dipotong sesuai

dengan kebutuhannya. Akrilik berfungsi sebagai penahan posisi aluminium agar

tetap 60o. Akrilik ini tidak berfungsi sebagai penahan tabrakan ataupun kondisi

ekstrim lainnya. Batangan aluminum dengan panjang 20cm ditata keatas 3 susun

44

dan kebawah 1 susun untuk menguatkan rangka agar tahan tabrakan dan kondisi

ekstrim lainnya. Rongga diantara aluminium ini digunakan untuk slot catu daya

sehingga catu daya bisa diganti kapan saja dengan mudah.

Perlengkapan pendaratan berupa pipa PVC dengan diameter 17cm dan lebar

2cm dipasang pada 4 ujung frame. Pipa PVC ini dipilih karena material yang tahan

banting dan dapat digunakan dalam waktu yang lama. Pipa ini juga difungsikan

sebagai shock breaker disaat wahana mendarat dengan kasar.

3.8.2 Instalasi Perangkat Elektronik

Instalasi perangkat kendali adalah langkah selanjutnya setelah airframe

selesai dirakit. Perangkat elektronik yang akan dipasang pada rangka adalah motor,

Gambar 3 - 9 Desain Rangka Tengah Hexacopter

Gambar 3- 10 Desain Rangka Hexacopter

45

pengontrol kecepatan elektronik, papan distribusi listrik, pengontol penerbangan,

UBEC, penerima sinyal radio, sistem telemetri, dua catu daya, dan GPS.

Keenam motor dipasang pada ujung frame, ketiga kabel motor dipasangkan

dengan tiga kabel dari pengontrol kecepatan elektronik. Pengontrol kecepatan

elektronik dipasang pada bagian bawah lengan rangka untuk mengurangi

gelombang elektromagnetik yang mempengaruhi pengontrol kecepatan yang

mungkin timbul dari pengontrol ini. 2 kabel power dari ujung pengontrol kecepatan

elektronik disambungkan ke papan distribusi listrik yang berada di tengah wahana.

Pengontrol penerbangan diletakkan di tengah wahana diatas papan akrilik

dibagian atas wahana. Pengontrol penerbangan harus ditutup dengan busa hitam

dan ditutup dengan wadah berwarna gelap agar mengurangi error dari lingkungan

sekitar. Kabel servo dari pengontrol kecepatan elektronik dihubungkan dengan

pengontrol penerbangan sesuai posisi. UBEC dipasang disamping kiri wahana

didekat pengontrol penerbangan. Sistem telemetri dipasang disamping kanan

wahana.

Penerima sinyal radio dipasang didepan pengontrol penerbangan. Kabel-

kabel dari penerima sinyal disambungkan dengan pengontrol penerbangan sesuai

urutan dan fungsi. GPS dipasang dibelakang pengontrol penerbangan dan dijauhkan

dari pengontrol penerbangan agar tidak terjadi interferensi.

Catu daya untuk sistem propulsi dipasang dirongga yang telah disediakan

di tengah wahana. Catu daya untuk sistem kontrol dipasang dibelakang pengontrol

kecepatan. Kabel dari catu daya sistem ini disambungkan ke UBEC agar arus dari

catu daya dapat diterima oleh pengontrol penerbangan.

46

Gambar 3- 11 Skema Instalasi Perangkat Elektronik