RANCANG BANGUN AUTOTRACKING

Transkripsi

1 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 : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2

3 RANCANG BANGUN AUTOTRACKING ANTENA STASIUN PENERIMA PADA FREKUENSI KERJA 2.4GHZ BERDASARKAN SUDUT AZIMUTH DAN ELEVASI MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO Oleh: Ibnu Hazar Disetujui Oleh: Pembimbing Ir. Arman Sani, MT NIP: Diketahui Oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP: DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

4 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

5 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,. 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

6 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

7 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

8 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. Medan, September 2016 Penulis Ibnu Hazar v

9 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Penulisan Rumusan Masalah Tujuan Penulisan Batasan Masalah Metodologi Penulisan Sistematika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI Antena Parameter Karakteristik Antena Direktivitas Gain Pola Radiasi Beamwidth Bandwidth Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) Antena Omnidireksional Antena Unidireksional Azimuth dan Elevasi GPS (Global Positioning System) Teorema Euclidean Distance Dasar Teori Sistem Kontrol Arduino Tracking Antena BAB III METODOLOGI PENELITIAN Umum Gambaran Rancangan Sistem vi

10 3.3 Komponen Penyusun Sistem Arduino Nano 3.x Modul Radio nrf24l Antena Rubber Duck 2,4GHz Antena Biquad-Yagi 2,4GHz Modul GPS Ublox NEO Sensor BMP Digital Kompas Gy Motor Servo Tower Pro MG LCD 20x I2C LCD Converter Kompas Analog Baterai Turnigy 3S 2200A Perancangan Perangkat Elektronika Perancangan Sistem Aktuator Perancangan Program Sistem Autotracking BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA DATA Implementasi Rancang Bangun Pengujian dan Analisis Sistem secara Keseluruhan Pengujian Autotracking Sudut Azimuth Pengujian Autotracking Sudut Elevasi BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii

11 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 Gambar 2.4 Bandwidth antena Gambar 2.5 Pola radiasi antena omnidireksional Gambar 2.6 Pola radiasi antena unidireksional Gambar 2.7 Posisi sudut azimuth dan elevasi Gambar 2.8 Segitiga Pythagoras Gambar 2.9 Sistem koordinat latitude dan longitude Gambar 2.10 Perhitungan jarak dengan persamaan euclidean Gambar 2.11 Blok diagram sistem kendali open loop Gambar 2.12 Blok diagram sistem kendali close loop Gambar 2.13 Jenis-jenis Arduino Gambar 2.14 Tampilan Arduino IDE Gambar 3.1 Diagram alir tahapan penelitian Gambar 3.2 Model rancangan sistem Gambar 3.3 Arduino Nano Gambar 3.4 (a) Modul nrf24l01 dan (b) regulator 5V to 3,3V Gambar 3.5 Antena rubber duck 2,4GHz Gambar 3.6 Antena Biquad-Yagi 2,4GHz Gambar 3.7 Modul GPS Ublox NEO-6M Gambar 3.8 Sensor BMP Gambar 3.9 Digital Kompas Gy Gambar 3.10 Motor Servo Tower Pro MG Gambar 3.11 LCD 20x Gambar 3.12 I2C LCD Converter Gambar 3.13 Kompas Analog Novus CD-45/3A Gambar 3.14 Baterai Turnigy 3S 2200A Gambar 3.15 Rangkaian Skematik Stasiun Pengirm Gambar 3.16 Rangkaian Skematik Stasiun Penerima Gambar 3.17 Rancangan sistem aktuator (a) sudut azimuth, dan (b) sudut elevasi viii

12 Gambar 3.18 Diagram alir stasiun pengirim Gambar 3.19 Diagram alir sudut azimuth Gambar 3.20 Diagram alir sudut elevasi Gambar 4.1 (a) Konstruksi stasiun pengirim, dan (b) konstruksi stasiun penerima pada sistem Gambar 4.2 Rangkaian Shield dan komponen penyusun stasiun pengirim Gambar 4.3 Rangkaian Shield dan komponen penyusun stasiun penerima Gambar 4.4 Proses kalibrasi digital kompas terhadap posisi timur Gambar 4.5 Posisi stasiun penerima (RX) dan stasiun pengirim (TX) pada pengujian autotracking sudut azimuth Gambar 4.6 Proses pengujian autotracking sudut azimuth di lapangan Gambar 4.7 Gambaran posisi sudut azimuth pada pengujian Gambar 4.8 Grafik hasil pengujian autotracking sudut azimuth pertama Gambar 4.9 Gambaran posisi sudut azimuth pada pengujian Gambar 4.10 Grafik hasil pengujian autotracking sudut azimuth kedua Gambar 4.11 Gambaran posisi sudut elevasi pada pengujian Gambar 4.12 Grafik hasil pengujian autotracking sudut azimuth ketiga Gambar 4.13 Posisi stasiun penerima (RX) dan stasiun pengirim (TX) pada pengujian autotracking sudut elevasi Gambar 4.14 Proses pengujian autotracking sudut elevasi di lapangan Gambar 4.15 Gambaran posisi sudut elevasi pada pengujian Gambar 4.16 Grafik hasil pengujian autotracking sudut elevasi pertama Gambar 4.17 Gambaran posisi sudut elevasi pada pengujian Gambar 4.18 Grafik hasil pengujian autotracking sudut elevasi kedua Gambar 4.19 Gambaran posisi sudut elevasi pada pengujian Gambar 4.20 Grafik hasil pengujian autotracking sudut elevasi ketiga ix

13 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Hasil pengujian autotracking sudut azimuth pertama Tabel 4.2 Hasil pengujian autotracking sudut azimuth kedua Tabel 4.3 Hasil pengujian autotracking sudut azimuth ketiga Tabel 4.4 Hasil pengujian autotracking sudut elevasi pertama Tabel 4.5 Hasil pengujian autotracking sudut elevasi kedua Tabel 4.6 Hasil pengujian autotracking sudut elevasi ketiga x