RANCANG BANGUN AUTOTRACKING

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN AUTOTRACKING ANTENA STASIUN PENERIMA PADA FREKUENSI KERJA 2.4GHZ BERDASARKAN SUDUT AZIMUTH DAN ELEVASI MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO

Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi

Oleh

IBNU HAZAR NIM : 120402051

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

Universitas Sumatera Utara


RANCANG BANGUN AUTOTRACKING ANTENA STASIUN PENERIMA PADA FREKUENSI KERJA 2.4GHZ BERDASARKAN SUDUT AZIMUTH DAN ELEVASI MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO

Oleh: Ibnu Hazar 120402051

Disetujui Oleh: Pembimbing

Ir. Arman Sani, MT NIP: 196311281991031003

Diketahui Oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP: 195405311986011002

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016


ABSTRAK

Sistem komunikasi point-to-point sangat bergantung kepada gain dan pengarahan antena terutama jika stasiun pengirim dapat berpindah-pindah posisi. Maka dari itu dibutuhkan suatu sistem autotracking antena pada stasiun penerima dimana antena stasiun penerima dapat secara otomatis selalu mengarah ke posisi stasiun pengirim yang berpindah-pindah. Pada Tugas Akhir ini dirancang sistem autotracking berdasarkan sudut azimuth dan elevasi. Stasiun pengirim akan mengirim data lokasi dan ketinggian kepada stasiun penerima melalui modul radio 2,4GHz, kemudian pada stasiun penerima Arduino memroses data tersebut dan menghitung sudut azimuth dan elevasi untuk menggerakkan dua buah motor servo agar antena stasiun penerima dapat mengarah ke stasiun pengirim secara horizontal dan vertikal. Pada pengujian sudut azimuth, rata-rata kesalahan sudut pengarahan sebesar 0,8° pada pengujian pertama, 1° pada pengujian kedua dan 1,8° pada pengujian ketiga. Pada pengujian sudut elevasi, rata-rata kesalahan sudut pengarahan sebesar 0,4° pada pengujian pertama, 1,1° pada pengujian kedua dan 0,2° pada pengujian ketiga. Sistem ini memiliki kelemahan yaitu tidak dapat mengarahkan antena ke segala arah (360°).

Kata Kunci : Antena, Azimuth, Elevasi, Tracking, Arduino, GPS

i


KATA PENGANTAR

Puji syukur senantiasa penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan kesempatan bagi penulis untuk dapat kiranya menyelesaikan penulisan tugas akhir ini, yang merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar kesarjanaan. Kemudian shalawat dan salam penulis sampaikan kepada junjungan kita Nabi besar Muhammad SAW yang selalu menjadi inspirasi penulis sekaligus menjadi panutan bagi setiap umat muslim. Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada keluarga, khususnya kedua orang tua yaitu Ibunda dan Ayahanda yang senantiasa mendoakan, memberi semangat serta nasehat kepada penulis. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : “RANCANG BANGUN AUTOTRACKING ANTENA STASIUN PENERIMA PADA FREKUENSI KERJA 2.4GHZ BERDASARKAN SUDUT AZIMUTH DAN ELEVASI MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO” Selama masa kuliah sampai penyelesaian tugas akhir, penulis juga banyak mendapat dukungan, baik moril maupun materil dari berbagai pihak yang telah membantu kelancaran penyusunan tugas akhir ini. Untuk itu penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. Arman Sani, M.T, selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing dan mengarahkan penulis baik semasa kuliah maupun saat proses penulisan Tugas Akhir ini.

ii


2. Ibu Naemah Mubarokah, S.T, M.T dan Bapak Rahmad Fauzi, S.T, M.T selaku Dosen Penguji yang telah mengevaluasi serta mengarahkan penulis baik semasa kuliah maupun saat proses penulisan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rahmad Fauzi, S.T, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU yang selama ini telah memotivasi, membimbing serta membina selama masa perkuliahan. 4. Orang tua tercinta, Nasib dan Hanum Chaelany yang telah memberikan segalanya hingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. 5. Kakak-kakak dan abang-abang tercinta, Jessie Melany, Gindi Nuansa, Hisyam Pahlevi, Budi Leksono dan Novita Sari yang telah memberikan motivasi hingga Tugas Akhir dapat diselesaikan. 6. Seluruh Dosen Teknik Elektro tercinta yang menjadi inspirasi dan sudah penulis anggap sebagai sahabat sekaligus orang tua sendiri. 7. Seluruh Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU. 8. Keluarga besar Laboratorium Sistem Komunikasi Radio : Bapak Ir. Arman Sani, M.T selaku kepala laboratorium, Bang Alim selaku pegawai laboratorium, asisten-asisten senior (Bang Kharisma Muhammad, Bang Robby Maulana, Bang Ryandika Afdilah, dan Bang Irsyad Khairi Tanjung) dan teman-teman asisten tercinta (Rini Mulia Sari, M. Ihsan Batubara dan Wahyu Nugraha). 9. Keluarga besar Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro : Junaidy Teguh Siregar selaku ketua IMTE, Guntur Gusmao Lintang selaku bendahara IMTE, Dody Purmadani selaku sekretaris, teman-teman koordiantor tiap divisi (Fajar,

iii


Sudarmin, Gansyar, Ihsan, Andika Yogy, Syahrul, Oyen), dan Fauzan arifa selaku penjaga ruang sekretariat IMTE. 10. Keluarga besar tim Roket Teknik Elektro : Bang Kharisma, Bang Hamdan, Irwan, Oyen, Iqbal, Ihsan, Arif dan adik-adik penerus. 11. Sahabat-sahabat Laboratorium Sistem Pengaturan dan Komputer : Bang Frans, Bang Mian, Bang Tri Hardi, Fadhlan Ariska, Stif Agrath, Habib Zakaria, Irwan Soleh Siregar, Esra Siagian, Hanafi, Randy, Fachriansyah, dan Wirahadi. 12. Teman-teman wanita Teknik Elektro : Muadzzah Rahmat, Agida Putranti Narulitasari, Leily Handayani, Elyani Surbakti, Rini Mulia Sari, Fauziah Nur Siregar, Desi Sarah, Novayanti dan Ira Melati. 13. Terima kasih kepada Wana yang telah memotivasi penulis hingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 14. Terima kasih kepada Irwan Soleh Siregar yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 15. Sahabat-sahabat sub jurusan telekomunikasi : Faisal Arif, Andika Yogy, Zulham, Yudha, Ridho, Syahrul, Roso, Hendra, Arif Derok, Arif Milando, Antan, Bembeng, Ipunk, Koresy, Jonner, Melky, Arif Widianto, Mangihut, Marco, Stepanus, Johanes, Binsar Bambang, dan Fernando. 16. Senior-seniorku yang baik hatinya : Bang Budi Prasetyo, Bang Teguh Triantoro, Bang Arif Azhari, Bang Reza Alkautsar, Bang Rhobby Maulana, Bang Hamdan Hamid, dan Bang Tri Hardi. 17. Teman-teman angkatan 2012 tercinta yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

iv


18. Seluruh Abang-abang dan Adik-adikku di UKM Robotik Sikonek (dari periode awal hingga periode sekarang) yang sangat penulis cintai dan banggakan. 19. Seluruh angkatan di Departemen Teknik Elektro (2010, 2011, 2013, 2014, 2015 dan 2016). 20. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung selama menjalani masa perkuliahan di Departemen Teknik Elektro FT-USU. Akhirnya, penulis mengharapkan tulisan ini bermanfaat bagi penulis dan Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Medan, September 2016 Penulis

Ibnu Hazar

v


DAFTAR ISI ABSTRAK .............................................................................................................. i KATA PENGANTAR ........................................................................................... ii DAFTAR ISI ......................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii DAFTAR TABEL ..................................................................................................x BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................1 1.1 Latar Belakang Penulisan ...............................................................................1 1.2 Rumusan Masalah ..........................................................................................2 1.3 Tujuan Penulisan ............................................................................................2 1.4 Batasan Masalah .............................................................................................2 1.5 Metodologi Penulisan .....................................................................................3 1.6 Sistematika Penulisan .....................................................................................4 BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................6 2.1 Antena.............................................................................................................6 2.1.1 Parameter Karakteristik Antena ...............................................................6 2.1.1.1 Direktivitas ......................................................................................7 2.1.1.2 Gain .................................................................................................7 2.1.1.3 Pola Radiasi ....................................................................................8 2.1.1.4 Beamwidth.......................................................................................9 2.1.1.5 Bandwidth .....................................................................................10 2.1.1.6 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) ........................................11 2.1.2 Antena Omnidireksional ........................................................................12 2.1.3 Antena Unidireksional ...........................................................................12 2.2 Azimuth dan Elevasi .....................................................................................13 2.2.1 GPS (Global Positioning System) .........................................................15 2.2.2 Teorema Euclidean Distance .................................................................17 2.3 Dasar Teori Sistem Kontrol ..........................................................................18 2.4 Arduino .........................................................................................................19 2.5 Tracking Antena ...........................................................................................22 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..........................................................23 3.1 Umum ...........................................................................................................23 3.2 Gambaran Rancangan Sistem .......................................................................25

vi


3.3 Komponen Penyusun Sistem ........................................................................26 3.3.1 Arduino Nano 3.x. .................................................................................27 3.3.2 Modul Radio nRF24L01 ........................................................................28 3.3.3 Antena Rubber Duck 2,4GHz ................................................................30 3.3.4 Antena Biquad-Yagi 2,4GHz ................................................................30 3.3.5 Modul GPS Ublox NEO-6 .....................................................................31 3.3.6 Sensor BMP180 .....................................................................................31 3.3.7 Digital Kompas Gy-271 .........................................................................32 3.3.8 Motor Servo Tower Pro MG995............................................................33 3.3.9 LCD 20x4 ..............................................................................................34 3.3.10 I2C LCD Converter .............................................................................35 3.3.11 Kompas Analog ...................................................................................36 3.3.12 Baterai Turnigy 3S 2200A ...................................................................36 3.4 Perancangan Perangkat Elektronika .............................................................37 3.5 Perancangan Sistem Aktuator.......................................................................41 3.5 Perancangan Program Sistem Autotracking .................................................43 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA DATA .................................................46 4.1 Implementasi Rancang Bangun ....................................................................46 4.2 Pengujian dan Analisis Sistem secara Keseluruhan .....................................49 4.2.1 Pengujian Autotracking Sudut Azimuth .................................................50 4.2.2 Pengujian Autotracking Sudut Elevasi ..................................................62 BAB V PENUTUP ................................................................................................75 5.1 Kesimpulan ...................................................................................................75 5.2 Saran .............................................................................................................75 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

vii


DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Antena sebagai pengirim dan penerima .............................................6 Gambar 2.2 Sistem koordinat untuk menganalisis antena ......................................9 Gambar 2.3 Beamwidth antena ............................................................................10 Gambar 2.4 Bandwidth antena .............................................................................10 Gambar 2.5 Pola radiasi antena omnidireksional .................................................12 Gambar 2.6 Pola radiasi antena unidireksional ....................................................13 Gambar 2.7 Posisi sudut azimuth dan elevasi ......................................................14 Gambar 2.8 Segitiga Pythagoras ..........................................................................14 Gambar 2.9 Sistem koordinat latitude dan longitude ...........................................16 Gambar 2.10 Perhitungan jarak dengan persamaan euclidean .............................17 Gambar 2.11 Blok diagram sistem kendali open loop..........................................19 Gambar 2.12 Blok diagram sistem kendali close loop .........................................19 Gambar 2.13 Jenis-jenis Arduino .........................................................................20 Gambar 2.14 Tampilan Arduino IDE ...................................................................21 Gambar 3.1 Diagram alir tahapan penelitian ........................................................23 Gambar 3.2 Model rancangan sistem ...................................................................25 Gambar 3.3 Arduino Nano ...................................................................................28 Gambar 3.4 (a) Modul nRF24L01 dan (b) regulator 5V to 3,3V ........................29 Gambar 3.5 Antena rubber duck 2,4GHz .............................................................30 Gambar 3.6 Antena Biquad-Yagi 2,4GHz............................................................30 Gambar 3.7 Modul GPS Ublox NEO-6M ............................................................31 Gambar 3.8 Sensor BMP180 ................................................................................32 Gambar 3.9 Digital Kompas Gy-271 ....................................................................33 Gambar 3.10 Motor Servo Tower Pro MG995.....................................................34 Gambar 3.11 LCD 20x4 .......................................................................................35 Gambar 3.12 I2C LCD Converter ........................................................................36 Gambar 3.13 Kompas Analog Novus CD-45/3A .................................................36 Gambar 3.14 Baterai Turnigy 3S 2200A ..............................................................37 Gambar 3.15 Rangkaian Skematik Stasiun Pengirm ............................................38 Gambar 3.16 Rangkaian Skematik Stasiun Penerima ..........................................40 Gambar 3.17 Rancangan sistem aktuator (a) sudut azimuth, dan (b) sudut elevasi ................................................................................................................................42

viii


Gambar 3.18 Diagram alir stasiun pengirim ........................................................43 Gambar 3.19 Diagram alir sudut azimuth.............................................................44 Gambar 3.20 Diagram alir sudut elevasi ..............................................................45 Gambar 4.1 (a) Konstruksi stasiun pengirim, dan (b) konstruksi stasiun penerima pada sistem ........................................................................................46 Gambar 4.2 Rangkaian Shield dan komponen penyusun stasiun pengirim ..........48 Gambar 4.3 Rangkaian Shield dan komponen penyusun stasiun penerima .........48 Gambar 4.4 Proses kalibrasi digital kompas terhadap posisi timur .....................50 Gambar 4.5 Posisi stasiun penerima (RX) dan stasiun pengirim (TX) pada pengujian autotracking sudut azimuth .............................................51 Gambar 4.6 Proses pengujian autotracking sudut azimuth di lapangan ..............52 Gambar 4.7 Gambaran posisi sudut azimuth pada pengujian 1 ............................53 Gambar 4.8 Grafik hasil pengujian autotracking sudut azimuth pertama ...........55 Gambar 4.9 Gambaran posisi sudut azimuth pada pengujian 2 ............................56 Gambar 4.10 Grafik hasil pengujian autotracking sudut azimuth kedua ............58 Gambar 4.11 Gambaran posisi sudut elevasi pada pengujian 3 ...........................59 Gambar 4.12 Grafik hasil pengujian autotracking sudut azimuth ketiga ............61 Gambar 4.13 Posisi stasiun penerima (RX) dan stasiun pengirim (TX) pada pengujian autotracking sudut elevasi ............................................62 Gambar 4.14 Proses pengujian autotracking sudut elevasi di lapangan .............63 Gambar 4.15 Gambaran posisi sudut elevasi pada pengujian 1 ...........................64 Gambar 4.16 Grafik hasil pengujian autotracking sudut elevasi pertama ..........67 Gambar 4.17 Gambaran posisi sudut elevasi pada pengujian 2 ...........................68 Gambar 4.18 Grafik hasil pengujian autotracking sudut elevasi kedua ...............70 Gambar 4.19 Gambaran posisi sudut elevasi pada pengujian 3 ...........................71 Gambar 4.20 Grafik hasil pengujian autotracking sudut elevasi ketiga ..............73

ix


DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Hasil pengujian autotracking sudut azimuth pertama ..........................54 Tabel 4.2 Hasil pengujian autotracking sudut azimuth kedua .............................57 Tabel 4.3 Hasil pengujian autotracking sudut azimuth ketiga .............................60 Tabel 4.4 Hasil pengujian autotracking sudut elevasi pertama ............................66 Tabel 4.5 Hasil pengujian autotracking sudut elevasi kedua ...............................69 Tabel 4.6 Hasil pengujian autotracking sudut elevasi ketiga ...............................72

x


RANCANG BANGUN AUTOTRACKING

Recommend Documents