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.