-
IJCCS, Vol.x, No.x, July xxxx, pp. 1~5
ISSN: 1978-1520 1
Received June 1st,2012; Revised June 25th, 2012; Accepted July
10th, 2012
SISTEM REFERENSI AIR DATA, ATTITUDE, DAN
HEADING BERBASIS ARDUINO DUE PADA
PESAWAT TERBANG TANPA AWAK
Femto Nur Pratama*1, Raden Sumiharto2, Bakhtiar Alldino
A.S.3
1Prodi Elektronika dan Instrumentasi, Jurusan Ilmu Komputer dan
Elektronika, FMIPA UGM 2Jurusan Ilmu Komputer dan Elektronika,
FMIPA UGM, Yogyakarta
e-mail: *[email protected], [email protected] ,
[email protected]
Abstrak
Telah dibuat sebuah sistem referensi Air Data, Attitude, dan
Heading untuk pesawat
terbang tanpa awak yang memberikan data-data keadaan, dan
perilaku dari pesawat berupa
sudut roll, pitch, yaw, koordinat GPS, kecepatan GPS, ketinggian
GPS, tanggal, waktu, suhu,
tekanan udara, dan ketinggian barometrik. Sistem yang dibuat
menggunakan pemroses Arduino
Due yang berbasis mikrokontroler ARM AT91SAM3X8E dengan tegangan
operasi 3,3V dan
clock speed 84Mhz.
Sensor-sensor yang digunakan untuk mendapatkan data-data keadaan
dan perilaku
pesawat adalah sensor IMU GY-86 yang berbasis akselerometer dan
giroskop MPU-6050 dan
magnetometer HMC5883L, sensor MS5611 untuk pengukuran
ketinggian, sensor kecepatan
udara MPXV5004DP, dan GPS receiver SKM53 yang berbasis chip
MTk3329. Data
pembacaan akan dikirim ke modul komunikasi ataupun ke sistem
lainnya melalui komunikasi
serial dengan baudrate 115200 bps.
Dari penelitian yang dilakukan didapatkan nilai ralat rata-rata
dan standar deviasi
untuk setiap sensor dan modul yang digunakan di dalam sistem
ADAHRS. Untuk pembacaan
roll memiliki ralat rata-rata dan standar deviasi masing-masing
0,07o dan 0,25o, pitch 0,24o
dan 0,04o, yaw 0,64o dan 0,18o. Sensor ketinggian barometric
memiliki ralat rata-rata 0,63
meter, Sensor kecepatan memiliki ralat rata-rata 13,85 km/jam
dan standar deviasi 2,31
km/jam. Untuk GPS SKM53 memiliki ralat rata-rata koordinat 6,68
meter, dan ralat rata-rata
ketinggian 12,58 meter. Sistem yang dibuat memiliki start-up
time 1,1 detik dengan output rate
sebesar 55,56 Hz
Kata kunci UAV, sensor, ADAHRS
Abstract An Air Data Attitude and Heading Reference System for
Unmanned Aerial Vehicle has been
made. The system provide the data of attitude and condition of
the aircraft. This system provide
the roll, pitch, yaw, GPS coordinates, GPS speed, GPS altitude,
date, time, temperature, air
pressire, and barometric altitude data. The system use Arduino
Due based on ARM
AT91SAM3X8E microcontrollers as its main processor, with 3,3V
operating voltage and 84
MHz clock speed.
The system use GY-86 IMU sensor based on MPU6050
gyro-accelerometer, and
HMC5883L magnetometer, MS5611 sensor for altitude measurement,
airspeed sensor
MPXV5004DP, and a GPS receiver SKM53 based on MTk3329 chip. Data
readings will be sent
to a communication module or to other system through serial
communication with 115200bps
baudrate.
From the research conducted has made it known the average errors
and standard
deviation for each sensor and module used in the ADAHRS system.
For IMU data readings, the
-
ISSN: 1978-1520
IJCCS Vol. x, No. x, July 201x : first_page end_page
2
data has average errors and standard deviation respectively
0,07o and 0,25o for roll, 0,24o and
0,04o for pitch, and 0,64o and 0,18o for yaw. Barometric
altitude sensor has an average errors
of 0,63 meters, airspeed sensor has an average errors of 13,85
kmph and a standard deviation
of 2,31 kmph. GPS SKM53 has an average errors for the coordinate
readings of 2,31 meters,
and the average errors for the altitude readings of 12,58
meters. The system start up time is 1,1
s and has an output rate of 55,56 Hz.
Keywords UAV, sensor, ADAHRS
1. PENDAHULUAN
ndonesia merupakan salah satu negara dengan wilayah yang sangat
luas diantara negara
lainnya. Selain itu pula bentuk negara yang berupa kepulauan
yang terdiri dari ribuan pulau
memberikan tantangan tersendiri untuk melakukan pengawasan
terhadap wilayah-wilayahnya,
baik wilayah darat, laut, maupun udara. Untuk wilayah udara,
saat ini telah banyak
dikembangkan teknologi-teknologi untuk membantu pengawasannya,
diantaranya adalah satelit
dan UAV. UAV (Unmanned Aerial Vehicle) adalah sebuah mesin
terbang yang memiliki
kemampuan terbang tanpa awak dan pilot. Mereka dapat dikontrol
secara langsung oleh
operator atau di kontrol secara otomatis melalui perangkat yang
di program sebelumnya.
Pemanfaatan teknologi UAV saat ini sudah semakin luas bidangnya,
tidak hanya mencakup
untuk pengawasan dan kepentingan militer saja. UAV saat ini
sudah mulai banyak
dikembangkan untuk kebutuhan sipil seperti untuk misi
pengiriman, penelitian, pemetaan, misi
penyelamatan dan pencarian hingga untuk kebutuhan fotografi yang
bersifat komersial. UAV
sendiri terdiri dari beberapa komponen sistem pendukung,
diantaranya Flight Control System,
Autopilot System, Attitude and Heading Reference System (AHRS),
Air Data Computer (ADC),
Communication System, Stabilized Payload System, dan Ground
Control System (GCS).
ADC dan AHRS merupakan salah satu bagian sistem yang paling
penting dalam sebuah UAV.
Kedua sistem ini dapat dijadikan satu menjadi Air Data,
Attitude, and Heading Reference
System (ADAHRS). Dalam sebuah UAV ADAHRS akan memberikan
data-data pembacaan
keadaan dan perilaku pesawat kepada Flight Control System maupun
Autopilot System untuk
menentukan gerakan terbang pesawat agar sesuai dengan misi
terbang yang dilakukan. Sebuah
ADAHRS pada umumnya dapat memberikan data-data keadaan dan
perilaku pesawat berupa
ketinggian, koordinat posisi, kecepatan, tekanan udara,
temperature, serta perilaku (attitude)
pesawat berupa sudut pitch, roll, dan yaw. Regulasi untuk
standar kebutuhan sebuah UAV telah
dibuat oleh pemerintah Amerika Serikat dalam Federal Aviation
Administration (FAA) dan
Federal Aviation Regulation (FAR), karena itu harus dibuat
sebuah ADAHRS yang mampu
memenuhi standar kebutuhan ini. Melihat besarnya peran sebuah
ADARHS dalam sistem UAV,
dan sudah banyaknya penerapan UAV di Indonesia, maka perlu
ADARHS yang expandable
sehingga apabila dibutuhkan modul tambahan pada UAV kedepannya
akan menjadi lebih
mudah, serta memudahkan pengembangan sistem UAV di Indonesia
kedepannya.
2. METODE PENELITIAN
2.1. Deskripsi Sistem
Sistem yang akan dibuat adalah sebuah ADAHRS (Air Data,
Attitude, and Heading
Reference System) yang dapat membaca data-data perilaku dan
kondisi terbang pesawat, yaitu
sudut roll, pitch dan yaw, koordinat pesawat, ketinggian, dan
kecepatan terbang pesawat,
sehingga data-data yang dibutuhkan untuk pengamatan keadaan dan
sikap pesawat dapat
digunakan dengan baik yaitu sesuai standar regulasi FAA (Federal
Aviation Administration)
yang merupakan otoritas penerbangan nasional Amerika Serikat
yang mengatur dan mengawasi
semua aspek penerbangan sipil Amerika baik untuk transportasi
maupun keamanan terbang.
Pada ADARHS yang akan dibuat digunakan Arduino Due sebagai
pemroses. Hubungan
I
-
IJCCS ISSN: 1978-1520
Title of manuscript is short and clear, implies research results
(First Author)
3
ADAHRS dengan sistem keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 1.
Dan diagram berwarna
jingga menunjukkan bagian sistem yang dikerjakan pada penelitian
ini.
Gambar 1 Diagram blok sistem ADAHRS
ADAHRS yang dibuat memiliki fungsi utama sebagai berikut:
ADAHRS bertugas mengambil data perilaku dan kondisi pesawat
(roll, pitch, yaw, altitude, longitude, latitude, dan
kecepatan).
Mengirimkan data perilaku dan kondisi pesawat melalui sistem
komunikasi.
2.2. Rancangan Sistem
Rangkaian perangkat keras yang dibuat adalah berupa shield yang
akan menampung
sensor-sensor yang dibutuhkan pada sistem ADAHRS. Perancangan
rangkaian ADAHRS dan
sensor-sensornya menggunakan perangkat lunak Cadsoft EAGLE
(Easily Applicable Graphical
Layout Editor) versi 6.2.0 yang bekerja pada sistem Operasi
Microsoft Windows seperti
ditunjukkan Gambar 2.
-
ISSN: 1978-1520
IJCCS Vol. x, No. x, July 201x : first_page end_page
4
Gambar 2 Rangkaian Sistem ADAHRS
Pada ADAHRS ini akan digunakan kontroler berupa modul Arduino
Due, yang
memiliki tegangan kerja 3.3V sehingga memungkinkan sistem dengan
low power consumption.
Memiliki 54 pin digital I/O dimana 12 diantaranya dapat
digunakan sebagai output PWM, 12
input analog, 4 port hardware serial untuk berinteraksi dengan
modul lainnya, serta dua pasang
port komunikasi I2C dan SPI untuk komunikasi dengan
sensor-sensor atau modul yang akan
digunakan nantinya. Pada ADAHRS ini sensor IMU GY-86 terkoneksi
dengan Arduino Due
dengan menggunakan komunikasi I2C yaitu dengan menghubungkan pin
SCL dan SDA pada
IMU dengan SCL dan SDA pada Arduino Due, untuk suplai daya, IMU
GY-86 dibutuhkan
daya 3.3V yang diberikan oleh Arduino Due. Sedangkan modul GPS
SKM53 akan
mengirimkan data ke Arduino Due melalui komunkasi serial,
melalui hardware Serial3.
Sedangkan untuk sensor kecepatan MPXV5004DP akan mengirimkan
pembacaan datanya
melalui pin Analog0.
Pada sistem integrasi ADAHRS ini pemrograman utama dilakukan
pada modul Arduino
Due yang berbasis ARM 32-bit sehingga pemrograman sedikit
berbeda dengan modul Arduino
lainnya dimana file library banyak yang harus dimodifikasi
terlebih dahulu. Pemrograman
utama yang dilakukan oleh Arduino Due adalah mengambil semua
data-data yang dibaca oleh
sensor-sensor yang terhubung dengan modul ADAHRS kemudian
menggabungkannya menjadi
1 frame data, untuk kemudian dikirimkan ke Ground Control
Station melalui suatu sistem
komunkasi. Untuk memrogram board Arduino Due akan digunakan
software Arduino IDE
(Integrated Development Environment) versi 1.5.2. Software
Arduino IDE versi 1.5 keatas
sudah mendukung untuk pemrograman board Arduino berbasis ARM dan
AVR. Sedangkan
untuk versi dibawah 1.5 tidak mendukung untuk pemrograman
Arduino Due yang berbasis
prosesor ARM. Bahasa yang digunakan pada software Arduino IDE
merupakan adaptasi dari
bahasa C++ yang disederhanakan, sehingga programmer yang sudah
familiar dengan bahasa
C++ tentu dengan mudah dapat memahami pemrograman pada Arduino
IDE versi 1.5.2 ini.
Gambar 3 menunjukkan diagram alir sistem ADAHRS.
-
IJCCS ISSN: 1978-1520
Title of manuscript is short and clear, implies research results
(First Author)
5
Gambar 3 Diagram alir perangkat lunak ADAHRS pada Arduino
IDE
2.3. Implementasi
Sesuai dengan perancangan sistem, pada shield ini semua sensor
yang akan digunakan
digunakan pada sistem dapat dipasang secara langsung,
ditunjukkan oleh Gambar 4 dan Gambar
5. Selain itu disediakan juga 3 buah port komunikasi serial
tambahan yang sudah dilengkapi
dengan pin VCC dan Groundnya. Pin serial dibuat bervariasi untuk
level tegangan TTL 5V dan
juga 3.3V, karena bertujuan untuk memperluas kompatibilitas
modul ADAHRS sistem ini
dengan sistem lain yang bekerja pada level tegangan TTL maupun
CMOS.
Gambar 4 Implementesi sistem ADAHRS dan IMU
Gambar 5 Implementasi rangkaian GPS dan sensor kecepatan
MPXV5004DP
-
ISSN: 1978-1520
IJCCS Vol. x, No. x, July 201x : first_page end_page
6
Pada program bagian awal akan dideklarasikan library-library
Arduino yang akan
digunakan pada perangkat lunak sistem ADAHRS ini. Library adalah
kumpulan kode yang
mempermudah user untuk menghubungkan modul mikrokontroler dengan
device lain, baik itu
sensor, display, dan yang lainnya. Pada perangkat lunak yang
dibuat digunakan library SPI,
HMC5883L, Wire, Kalman, I2Cdev, MS561101BA, dan TinyGPS.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Pengujian dan Pembahasan IMU (MPU6050+HMC5883L)
Sensor IMU yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini
adalah sensor
akselerometer dan giroskop MPU6050 serta magnetometer HMC5883L.
Sensor IMU akan
membaca keadaan(attitude) serta arah terbang(heading) dari
pesawat, untuk keadaan digunakan
2 sumbu yaitu x dan y, sedangkan untuk arah terbang digunakan
sumbu z. Gerakan pesawat
pada sumbu x adalah roll, gerakan pada sumbu y adalah pitch, dan
gerakan pada sumbu z
disebut dengan yaw. IMU akan menghitung sudut gerak pesawat
terhadap ketiga sumbu tersebut
untuk dapat mengetahui keadaan pesawat saat terbang. Sesuai
dengan rancangan sistem uji
coba, akan dilakukan pengujian terhadap IMU secara tersendiri.
IMU diletakkan pada sebuah
permukaan rata, dan akan dicari offset data pitch dan roll nya.
Dan dilihat seperti apakah drift
dan kestabilan dari data, saat sistem dalam keadaan diam atau
statis. Tabel 1 menunjukkan
performa statis dari pembacaan sudut pitch dan roll oleh sensor
MPU-6050 pada IMU dengan
800 sampel data :
Tabel 1 Variasi data statis sudut pitch dan roll IMU GY-86 Roll
(o) Pitch (o)
Maksimum 180,46 180,26
Minimum 180,00 180,03
Rata-rata 180,20 180,14
Standar Deviasi 0,071086 0,038850
IMU diletakkan pada permukaan datar 180o, namun pembacaan bisa
dilihat pada tabel
bahwa pada pembacaan 800 data roll, terdapat offset sebesar 0,46
untuk pada nilai maksimum
dan minimum offset adalah 0,00, dengan rata-rata offset untuk
800 sampel data adalah 0,20.
Pada sampel pembacaan roll memiliki standar deviasi 0,071086
yang menujukan bahwa sebaran
normal untuk variasi pembacaan roll berkisar antara angka 0,07
dari rata-rata offset 0,20.
Untuk pembacaan sampel data pitch sebanyak 800 data didapat
offset minimum 0,03, dan offset
terbesar yang didapat adalah 0,26. Offset rata-rata untuk sudut
pitch adalah 0,14. Standar deviasi
yang didapat dari pengujian 800 data sudut pitch adalah
0,038850, yang menujukkan bahwa
sebaran normal untuk variasi pembacaan 800 data pitch adalah
0,04 dari nilai offset rata-rata
0,14. Dua Grafik 6 dan 7 ini menunjukkan pembacaan 800 sampel
data roll dan pitch
-
IJCCS ISSN: 1978-1520
Title of manuscript is short and clear, implies research results
(First Author)
7
Gambar 6 Grafik pembacaan 800 data roll
Gambar 7 Grafik pembacaan 800 data pitch
Gambar 8 Grafik Pembacaan 800 data yaw
Untuk pengujian sudut yaw pada program terlebih dahulu dilakukan
pengaturan untuk
sudut deklinasi, yang merupakan error pembacaan nilai utara
kompas dengan nilai utara yang
sebenarnya, untuk daerah Yogyakarta nilai sudut deklinasinya
adalah 0.0198 dalam satuan
179
179.5
180
180.5
181
0 200 400 600 800
Sud
ut
(de
raja
t)
Data
Roll
Roll
179.5
180
180.5
181
0 200 400 600 800
Sud
ut
(de
raja
t)
Data
Pitch
Pitch
59
60
61
62
63
64
65
0 200 400 600 800
Sud
ut
yaw
(d
era
jat)
Data
Yaw
YAW
-
ISSN: 1978-1520
IJCCS Vol. x, No. x, July 201x : first_page end_page
8
radian, sudut ini dimasukkan pada variabel declinationAngle pada
subprogram IMU yang
sudah dijelaskan sebelumnya. Gambar 8 dan Tabel 2 menunjukkan
performa statis dari
pembacaan sudut yaw dengan HMC5883L pada IMU GY-86 :
Tabel 2 Variasi data statis yaw IMU GY-86 Yaw (o)
Maks 61,07
Min 60,24
Rata-rata 60,67
Standar Deviasi 0,18
3.2. Pengujian dan Pembahasan Sensor Ketinggian MS5611
Untuk melakukan perhitungan ketinggian barometrik, akan diambil
data-data suhu dan
tekanan udara oleh sensor MS5611, setelah itu ketinggian
barometrik akan dihitung dengan
menggunakan rumus 1 berikut :
(1)
Tekanan Po yang digunakan pada rumus ini adalah tekanan atmosfir
pada permukaan
laut sesuai ISA (International Standard Atmosphere) yaitu
1013,25 mbar pada suhu 15 oC,
namun pada perhitungan kali ini dilakukan kalibrasi dulu untuk
yaitu dengan mendapatkan
tekanan udara pada ketinggian 0 permukaan laut di Yogyakarta
dengan mengambil data tekanan
di pantai parangtritis dan dari 500 data didapatkan rata-rata
tekanan udara permukaan laut
sebesar 1013,084 mbar, dan nilai tekanan ini dimasukkan ke dalam
rumus sebagai Po.
Gambar 9 Grafik ketinggian MS5611 vs ketinggian referensi
Ditunjukkan oleh Gambar 9, dari pengujian 800 data ini, pada
pengujian pertama pada
siang hari dengan cuaca cerah dan tercatat suhu rata-rata saat
pembacaan adalah 30,15 oC, dan
dengan tekanan udara rata-rata 995,21 mbar, pada pengujian
statis ini didapatkan maksimum
ketinggian yang terbaca adalah 158,63 m diatas permukaan laut
dan nilai minimum yang terbaca
adalah 158,03 m. Nilai rata-rata pembacaan ketinggian adalah
158,27 m. Dengan demikian
didapat nilai ralat rata-rata pembacaan adalah sebesar 0,63 m
jika dibandingkan dengan
ketinggian titik referensi geodetik yaitu sebesar 158,9.
157
158
159
160
161
162
0 200 400 600 800
Alt
itu
de
(m
)
Data
Altitude MS5611 vs Altitude Referensi
Altitude MS5611
AltitudeReferensi
-
IJCCS ISSN: 1978-1520
Title of manuscript is short and clear, implies research results
(First Author)
9
Diketahui bahwa semakin tinggi suatu titik dari permukaan laut,
maka tekana
atmosfirnya akan menjadi semakin rendah, dikarenakan berat udara
yang berkurang, dan setiap
ketinggian bertambah 1 kaki atau 0.3048 meter maka tekanan
atmosfir berkurang sebanyak 34
mbar. Karena itulah saat tekanan udara rendah didapat nilai
ketinggian yang semakin tinggi dan
menjauh dari nilai seharusnya saat diukur menggunakan sensor
MS5611. Tekanan pada
ketinggian yang sama dapat berubah-ubah karena berbagai faktor
yaitu kerapatan udara,
dikarenakan perbedaan suhu, dan juga pergerakan dalam atmosfir
baik itu secara vertikal
maupun horizontal, dalam bentuk arus dan angin [1].
3.3. Pengujian dan Pembahasan Sensor Kecepatan MPXV5004DP
Pengujian pada sensor ini dilakukan dengan meletekkan katup
dinamis searah dengan
arah gerak dari kendaraan mobil, sehingga akan terjadi perbedaan
tekanan antara katup dinamis
dan statis dari sensor. Dari pengujian dinamis digunakan 750
sampel data pembacaan kecepatan
udara oleh MPXV5004DP, pembacaan ini akan dibandingkan dengan
pembacaan kecepatan
groundspeed yang dibaca oleh modul GPS receiver SKM53.
Gambar 10 Grafik perbandingan airspeed vs groundspeed GPS
Dari data hasil pengujian didapatkan ralat rata-rata pembacaan
kecepatan udara
dibandingkan dengan groundspeed adalah sebesar 13,85 km/jam.
Kemudian untuk standar
deviasinya didapatkan nilai 2,31 km/jam. Mengacu pada penelitan
[2], bahwa berdasarkan
Technical Service Order yang dirilis oleh FAA setiap sistem
pembacaan kecepatan udara yang
terdapat di pesawat harus memiliki nilai ralat-rata maksumal
dibawah 3% nilai kecepatan udara
terkalibrasi atau 5 knot (9,26 km/jam), dipilih nilai yang
paling besar. Berdasarkan nilai tersebut
maka sensor ini masih perlu sedikit perbaikan lagi untuk
mencapai nilai standar agar dapat
digunakan untuk penerbangan, namun hasil pengujian ini tidak
menjadi hasil mutlak yang
mentukan kelayakan, karena pembacaan groundspeed dari GPS
memiliki banyak faktor yang
mempengaruhi pembacaannya seperti keadaan atmosfir, cuaca, dan
jumlah satelit yang
terhubung. Karena pengujian ini dilakukan pada saat cuaca
mendung dengan awan gelap
menutupi aatmosfer, maka nilai pembacaan groundspeed GPS bisa
mengalami kesalahan.
Karena itulah pembacaan GPS untuk kecepatan dan ketinggian tidak
pernah dijadikan sebagai
referensi primer atau utama pada penerbangan, tetapi dijadikan
referensi sekunder.
3.4. Pengujian dan Pembahasan GPS Receiver SKM53
Untuk pengujian GPS receiver SKM53 dengan chip MTk3329 dilakukan
dengan 2 tipe
pengujian, yaitu pengujian statis dan dinamis. Pada pengujian
statis akan dilakukan
perbandingan antara koordinat yang didapat oleh GPS receiver
SKM53 dengan sebuah titik
referensi geodetik yang sama seperti yang digunakan pada [2]
untuk melakukan pengujian untuk
0
10
20
30
40
50
60
0 500 1000
Ke
cep
atan
(km
/jam
)
Data
Groundspeed vs Airspeed
Groundspeed
Airspeed
-
ISSN: 1978-1520
IJCCS Vol. x, No. x, July 201x : first_page end_page
10
GPS PMB648, yaitu menggunakan titik referensi geodetic yang
terletak di depan Direktorat
Administrasi Akademik Universitas Gadjah Mada. Pada bagian
pengujian secara dinamis akan
dilakukan pemasangan sistem pada benda bergerak, yaitu mobil.
Dan kemudian selama
perjalanan dengan kendaraan tersebut, data-data pembacaan
koordinat oleh GPS receiver
SKM53 akan direkam menggunakan modul SD Card yang dihubungkan
dengan modul
ADAHRS dengan metode komunikasi SPI.
Gambar 11 Grafik ketinggian GPS vs referensi
Pada Gambar 11 dapat dilihat bahwa dari pengambilan 6500 data
yang pertama yaitu
pada pukul 11.33 WIB dengan cuaca sangat cerah didapatkan nilai
ralat pembacaan rata-rata
terhadap titik referensi geodetik sebesar 11,04 dengan nilai
ralat terkecil adalah 0,01 dan nilai
ralat terbesar dari 6500 pembacaan adalah 63,49 m. Untuk
pengujian statis kedua yaitu pada
pukul 17.07 WIB dengan cuaca berawan dilakukan juga pengambilan
sampel data sebanyak
6500 dengan hasil yang didapat adalah nilai pembacaan dengan
ralat sebesar terkecil adalah
12,4 m dan terbesar adalah 16,4 m, dan dihasilkan nilai
rata-rata ralat sebesar 14,11 m, untuk
pengujian ketiga yaitu pada malam hari pukul 22.08 WIB dengan
cuaca mendung berawan
hitam, didapatkan data yang cukup jauh menurun ketinggiannya dan
terdapat anomali dimana
data pembacaan GPS baik itu latitude maupun longitude selalu
sama, begitu juga ketinggian,
yaitu 65.3 m diatas permukaan laut, hal ini bisa dikarenakan
faktor cuaca yang sangat mendung
dan mulai sedikit gerimis sehingga GPS tidak bisa mendapat data
satelit yang valid. Pada
pengambilan data pertama terdapat kenaikan yang sangat tajam
pada data bagian terakhir,
padahal sebelumnya data GPS sudah sangat akurat dan sangat
mendekati nilai referensi, hal ini
bisa dikarenakan faktor eksternal seperti kondisi atmosfir yang
sewaktu-waktu bisa berubah.
Selanjutnya dilakukan pengujian statis untuk mengecek letak dan
jarak koordinat yang
terbaca oleh GPS terhadap titik referensi geodetik yang sudah
ditentukan tadi, untuk
pengecekan jarak antara koordinat yang terbaca oleh GPS dengan
koordinat titik referensi
geodetik. Untuk mengetahui jarak antara dua koordinat akan
digunakan dengan rumus
Haversine:
(2)
Pada rumus 2, adalah latitude, adalah longitude, R adalah radius
bumi yaitu 6371km. Pada pengujian ini dilakukan pembacaan data
sebanyak 4000 data, dan kemudian dari
semua data tersebut dilakukan perhitungan jaraknya terhadap
titik referensi geodetik. Setelah
dilakukan perhitungan dengan perangkat lunak Microsoft Excel
didapatkan nilai jarak terkecil
0
50
100
150
200
250
0 6500 13000 19500
Alt
itu
de
Data
Altitude GPS vs Referensi
Alt Referensi
Alt GPS
a = sin( /2) + cos(1).cos(2).sin(/2)
c = 2.(a, (1a))
d = R.c
-
IJCCS ISSN: 1978-1520
Title of manuscript is short and clear, implies research results
(First Author)
11
yang terbaca adalah sejauh 3,49 m dan untuk jarak terjauh yang
terbaca adalah sebesar 9,09 m,
dan didapatkan nilai rata-rata jarak antara koordinat titik
referensi geodetik dengan pembacaan
koordinat oleh GPS receiver SKM53 adalah sebesar 6.68 m. Nilai
yang didapat ini sudah sangat
bagus, dan berbeda sangat sedikit dengan yang tertera pada
datasheet SKM53 yaitu 3 m.
Pembacaan ini murni dari data satelit dan tanpa menggunakan
bantuan stasiun darat.
3.5. Pengujian dan Pembahasan Performa Sistem
Untuk pengujian performa sistem akan diteliti bagaimana data
yang keluar dan dikirim
oleh sistem melalui komunikasi serial, karena untuk
berkomunikasi dengan sistem komunikasi
akan digunakan komunikasi serial, selain itu akan dilakukan
pengujian untuk start-up time, serta
menghitung jumlah keluaran yang dikirimkan oleh sistem ADAHRS
tiap detiknya, untuk
pengujian keluaran data dari sistem ADAHRS ini dilakukan dengan
mengirimkan data serial ke
komputer dan kemudian dilihat keluaran yang dikirim oleh ADAHRS
melalui serial monitor
pada Arduino IDE 1.5.2. Data keluaran yang dikirim sistem ADAHRS
diperlihatkan pada
Gambar 12.
Gambar 12 Output data ADAHRS
Sistem ADAHRS diuji dengan mengirimkan data keseluruhan melalui
komunikasi
serial dengan computer dan data pengiriman ditampilkan melalui
serial monitor Arduino IDE
1.5.2. Pengiriman data dilakukan dengan baud rate 115200bps.
Seperti terlihat pada gambar
diatas data yang dikirimkan sesuai dengan perancangan komunikasi
yang dibuat. Frame data
yang dikirimkan adalah $ Sudut Roll | Sudut Pitch | Sudut Yaw |
Latitude | Longitude | Tanggal | Waktu | Ketinggian GPS | Kecepatan
GPS | Kecepatan Udara | Suhu | Tekanan Barometrik |
QNH | QFE #. Saat pengujian melalui serial monitor Arduino IDE
bisa diketahui bahwa GPS receiver memerlukan waktu sekitar 14 detik
untuk mulai mengirimkan data yang valid, namun
ada beberapa faktor yang mempengaruhi seperti kondisi atmosfir
dan jumlah satelit yang
terhubung dengan penerima GPS. Berdasarkan pengujian start-up
ini maka diketahui bahwa
sistem ADAHRS berbasis Arduino Due ini memiliki waktu start-up
1,1 detik, dan waktu untuk
mengirimkan tiap data lengkap adalah 18ms, sehingga setiap 1
detik mampu mengirimkan 55,56
data yang berarti sistem ADAHRS yang dibuat memiliki output rate
55,56 Hz, nilai ini sudah
jauh lebih tinggi dari sistem ADAHRS yang dibuat pada [2] dengan
menggunakan pemroses
Arduino Mega berbasis ATMega2560 yang memiliki output rate 18
Hz
4. KESIMPULAN
1. Pembacaan nilai ketinggian barometrik dibandingkan dengan
titik referensi geodetik
memiliki nilai rata-rata ralat sebesar 0,63 m. Serta saat
pengujian dengan membandingkan
-
ISSN: 1978-1520
IJCCS Vol. x, No. x, July 201x : first_page end_page
12
ketinggian pengukuran GPS SKM53 didaptkan hasil nilai rata-rata
pembacaan dengan GPS
sebesar 31,78 m.
2. Pembacaan nilai ketinggian barometrik dibandingkan dengan
titik referensi geodetic
memiliki niai rata-rata ralat sebesar 0,63 m.
3. Sensor kecepatan udara MPXV5004DP dibandingkan dengan
pembacaan groundspeed GPS
memiliki ralat rata-rata 13,85 km/jam dan standar deviasi 2,31
km/jam.
4. Diketahui bahwa nilai pembacaan statis koordinat GPS receiver
SKM53 memiliki nilai rata-
rata ralat 6,68 meter, dan pembacaan ketinggian GPS memiliki
ralat rata-rata 12,58 meter.
5. Sistem ADAHRS yang dibuat memiliki start-up time 1,1 detik.
Sedangkan untuk output rate
dari sistem yang dibuat adalah 55,55 Hz.
5. SARAN
1. Dibutuhkan pengujian pada lingkungan yang ekstrim untuk
membuktikan reliabilitas sistem
ADAHRS yang dibuat.
2. Dibutuhkan tabung pitot buatan pabrik yang sudah diuji untuk
penggunaan pada sistem
UAV
3. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya dicari metode untuk
mengubah update rate dari
GPS receiver ini, karena performa GPS yang akurat dan presisi
akan meningkatkan
performa sistem UAV secara keluruhan dengan signifikan.
4. Diharapkan pada penelitian selanjutnya dapat dibuat sistem
ADAHRS yang sudah
dilengkapi dengan sistem penyimpanan data.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada PPKI UGM yang telah
memberi dukungan
finansial terhadap penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ilmuterbang.com, 2012, Cuaca Pentingnya tekanan atmosfir,
http://www.ilmuterbang.com/artikel-mainmenu-29/teori-penerbangan-mainmenu-68/26-
private-pilot/93-cuaca-pentingnya-tekanan-atmosfir, Diakses
tanggal 18 Februari 2013.
[2] Prima, A., 2012, Purwarupa Air Data, Attitude, and Heading
Reference System untuk
Pesawat Terbang Tanpa Awak Sayap Tetap, Universitas Gadjah Mada,
Yogyakarta.