RANCANG BANGUN PERANGKAT TELEMETRI RADIO 433 MHZ UNTUK TRANSMISI DATA GAMBAR Rhobby Maulana (1), Suherman (2) Konsentrasi Teknik Telekomunikasi, Departeman Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl Almamater, Kampus USU Medan 20155 Indonesia e-mail : rhobby78@gmail.com Abstrak Penginderaan jauh merupakan salah satu aplikasi sistem telemetri yang populer pada saat ini. Penggunaan mikrokomputer Raspberry Pi mempermudah design perangkat remote untuk pengambilan citra gambar. Tulisan ini mengkaji penggunaan sistem radio 433 MHz sebagai link perangkat remote. Dari pengujian melalui transmisi encoded dan rekontruksi data gambar diperoleh bahwa transmisi gambar dengan resolusi 680x480 menghasilkan persentasi loss yang meningkat terhadap jarak transmitter dan receiver. Pada jarak 50 m, 100 m dan 200 m diperoleh loss berturut turut 1,65%, 1,89% dan 2,17%. Hasil rekonstruksi gambar dari data yang diterima memberikan nilai PSNR 28,06 db. Hal ini menunjukkan perangkat telemetri yang telah dirancang pada frekuensi 433 MHz dapat digunakan sebagai sistem telemetri gambar. Kata kunci : Telemetri, 433 MHz, transmitter, receiver 1. Pendahuluan Dalam dunia telekomunikasi nirkabel, spektrum frekuensi adalah hal yang sangat penting karena dengan spektrum inilah data dapat ditransmisikan. Perkembangan teknologi jaringan nirkabel membuat banyak perusahaan atau organisasi yang menggunakan teknologi komunikasi radio menjadi lebih efisien karena hanya menggunakan media gelombang radio. Pemanfaatan frekuensi radio 433 MHz sangat bermanfaaat untuk penggunaan sistem telemetri berbasis citra digital. Penginderaan jauh merupakan salah satu aplikasi sistem telemetri tersebut yang paling populer pada saat ini. Pemanfaatan frekuensi radio 433 MHz bermanfaaat salah satunya untuk penggunaan sistem telemetri berbasis citra digital. Salah satu aplikasi penginderaan jauh adalah untuk inventarisasi sumber daya alam, pengamatan dan pemetaan permukaan bumi serta monitoring perubahan lingkungan. 2. Tinjauan Pustaka Frekuensi 433 MHz termasuk dalam spesifikasi kanal Industrial, scientific and medical (ISM) yang ditujukan untuk aplikasi lokal dalam dunia industri, pengujian ilmu pengetahuan, dan aplikasi kedokteran [1]. Operasi narrowband dari radio 433 MHz yang berada pada sub-ghz memungkinkan rentang jarak transmisi mencapai jarak dalam orde beberapa kilometer dengan kebutuhan daya kecil. Ditinjau dari konsumsi daya, frekuensi 433 MHz memerlukan energi lebih rendah setiap bitnya dibanding frekuensi yang lebih tinggi. 2.1 Sistem Tranceiver Telemetri Sistem transmitter/receiver yang disebut sebagai Transceiver pada dasarnya berfungsi sebagai pengirim dan penerima. Tranceiver remote mengirimkan data hasil pengolahan gambar dengan citra keabuan yang terenkapsulasi oleh protokol komunikasi serial ke ground segment. 2.2 Sistem Antena Mini Antena mini yang digunakan pada sistem radio 433 MHz kebanyakan bertipe helix dan memiliki bentuk geometri seperti pegas dengan diameter lilitan serta jarak antar lilitan berukuran tertentu seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1. Bentuk geometri antenna helix [2]. 78 copyright@ DTE FT USU
2.3 Konektor Mini Konektor yang digunakan sistem radio 433 MHz banyak memanfaatkan konektor mini, salah satunya Sub-Miniature connector versi A (SMA). Konektor semi-presisi ini menggunakan kabel coaxial dengan mekanisme kopling tipe sekrup dan memiliki impedansi 50 Ω, banyak digunakan sebagai penghubung modul radio dan antena. Konektor SMA bekerja pada sinyal DC sampai 18 GHz. Sesuai apabila digunakan sebagai konektor RF. Contoh konektor SMA ditunjukkan pada Gambar 2. Kompresi JPEG, GIF dan PNG adalah hasil kompresi raw data. 3.1 Konfigurasi Perangkat Telemetri Konfigurasi yang akan dilakukan pada penelitian ini mencakup konfigurasi perangkat yang digunakan baik pada perangkat keras dan perangkat lunak yang ditunjukkan pada Gambar 4. Gambar 2. Bentuk Konektor SMA [3]. 2.4 Komunikasi Serial Komunikasi serial menawarkan berapa kelebihan dibandingkan secara paralel, antara lain [4] : a. Kabel komunikasi serial bisa lebih panjang dengan jumlah serat kabel lebih sedikit. b. Sistem tertanam banyak menggunakan komunikasi serial, sehingga lebih mudah melakukan antarmuka. 3. Metodologi Penelitian Sistem telemetri yang dikembangkan pada penelitian ini merupakan sistem telemetri tanpa kabel, menggunakan gelombang radio sebagai medium transmisi data, dan data yang dikirimkan adalah gambar periodik. Adapun pemodelan sistem telemetri seperti pada Gambar 3. Gambar 4. Diagram Koneksi Perangkat Pada sisi ground station melibatkan konfigurasi antara komputer dengan port USB serial (modul 3DR radio 433 MHz), konfigurasi pengujian, dan konfigurasi software analisis. Konfigurasi tersebut ditunjukkan pada Gambar5. Gambar 5. Konfigurasi Perangkat Telemetri. Gambar 3. Pemodelan sistem telemetri [5]. Citra digital dapat diperoleh dalam dua bentuk: raw data dan encoded data. Encoded data memanfaatkan teknologi kompresi agar data gambar yang ditransmisikan maupun yang disimpan memiliki kapasitas yang lebih kecil. 3.2 Remote Unit Controller Raspberry Pi memiliki sistem BCM2835 Broadcom pada sebuah chip (SoC), yang terdiri dari ARM1176JZF-S 700 MHz processor, Video Core IV GPU, dan dilengkapi dengan RAM 512 MB [6]. Konfigurasi Raspberry Pi ditunjukkan pada Gambar 6. 79 copyright@ DTE FT USU
Gambar 6. Konfigurasi Rasberry Pi[6] 3.3 Interkoneksi Perangkat Interkoneksi yang merupakan keterhubungan antar jaringan dapat diartikan menjadi sebuah jaringan terhubung yang menggunakan sebuah jalur koneksi. Adapun interkoneksi dari sistem telemetri ini ditunjukkan pada Gambar 7. Penurunan daya tahan baterai dipengaruhi waktu paruh baterai akibat penggunaan secara terus-menerus. 4.2 Analisis Koneksi Langsung Pengujian koneksi langsung digunakan menggunakan protokol komunikasi TCP/IP melalui kabel LAN ditunjukkan pada Gambar9. Gambar 9. Pengujian Koneksi Kualitas link menggunakan protokol TCP/IP sangat baik. Gambar 7. Interkoneksi Perangkat 4.3 Analisis Koneksi GUI Pengujian dilakukan untuk mengetahui keberhasilan melakukan login melalui GUI MATLAB ditunjukkan Gambar 10. 4. Hasil dan Pembahasan 4.1 Analisis Daya Pengujian dilakukan dalam tiga kondisi. Kondisi pertama adalah kondisi standby dimana Raspberry Pi dicatu menggunakan baterai melalui kabel power micro USB. Kedua kondisi kirim data dimana Raspberry Pi dihubungkan dengan Modul RF 3DR Radio 433 MHz. Ketiga kondisi kirim data tambah perangkat USB Webcam Logitech c110, ditunjukkan pada Gambar 8. Gambar 10. Pengujian Koneksi GUI MATLAB Menunjukkan hasil yang baik dengan 7 kali berhasil dan 3 gagal. 4.4 Analisis Koneksi Terhadap Jarak Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui hubungan koneksi radio terhadap jarak LOS ditunjukkan pada Gambar 11 Gambar 8. Pengujian Konsumsi Daya 80 copyright@ DTE FT USU
Gambar 11. Pengujian Koneksi Jarak Menunjukkan hasil yang baik hingga jarak 350 m dalam keadaan masih terkoneksi. 4.5 Analisi Data LOS Pengujian dilakukan dengan mengubah jarak antara perangkat pengirim dan penerima ditunjukkan pada Gambar 12. Gambar 13. Pengujian Capture Data Data referensi dengan besar file 3.57 kb, jarak pengiriman 50 m sebesar 20.14 kb, jarak 100 m sebesar 18.57 kb dan jarak 200 m sebesar 17.86 kb. 4.7 Hasil Pengujian Format Data Pengujian capture data berdasarkan ukuran file format ekstensi berbeda ditunjukkan Gambar 14. Gambar 12 Pengamatan Data LOS Posisi referensi sebesar 0%, posisi 50 m sebesar 2.75%, 100 m sebesar 2.25% dan 200 m sebesar 4.5% adalah selisih disebabkan pengaruh jarak. 4.6 Hasil dan Analisis Data Terhadap Waktu Pengujian capture data terhadap waktu menggunakan perangkat lunak RealTerm dan Free Stopwatch sesuai dengan ketentuan ditunjukkan pada Gambar 13. Gambar 14. Pengujian Capture Data Berdasarkan Format File Pada referensi selisih sebesar 225 kb. Pada file ukur pengiriman radio selisih sebesar 314.7 kb. 4.8 Hasil dan Analisis Penyisipan Bit 1010 Pengujian Data dengan penyisipan bit 1010 yang dikirimkan oleh perangkat telemetri ditunjukkan pada Gambar 15. 81 copyright@ DTE FT USU
Gambar 15. Pengujian penyisipan bit 1010. Persen loss jarak 50m sebesar 1.65%, 100 m sebesar 1.89%, 200 m sebesar 2.17% dari 500 kb data yang dikirimkan. Menunjukkan selisih sebesar 0.24% antara jarak ke 100 m, jarak 100 ke 200 m sebesar 0.28%. 4.9 Hasil Rekontruksi Data Data gambar yang berupa deret disusun menjadi matriks 480x480 kemudian diubah lagi menjadi data grayscale yang akan dijadikan gambar ditunjukkan pada Gambar 16. 5. Kesimpulan Berdasarkan perangkat telemetri yang telah dirancang mampu bekerja sesuai dengan penggunaan sistem telemetri yang sangat dibutuhkan pada saat sekarang ini, antara lain : a. Pada penyisipan bit 1010 dari 100 paket data yang diterima ada 2 paket data yang error. b. Gambar raw grayscale menunjukkan PSNR sebesar 28.06 db terhadap gambar aslinya. c. Perangkat telemetri mampu mengirimkan data gambar tanpa adanya proses kompresi, ekonomis dan tidak memerlukan perangkat repeater tambahan untuk transmisi data gambar. Daftar Pustaka [1] Telemetry Group RF Systems Committee," Telemetry Systems Radio Frequency (RF) Handbook", Secretariat Range Commanders Council U.S. Army White Sands Missile Range, 2008. [2] Carr Joseph J, "Practical Antenna Handbook", McGraw-Hill Companies, 2001. [3] Santoso Nurhadi Budi, "Perekayasaan Sistem Antena", Kementerian Pendidikan Dan Kebudayaan Republik Indonesia, 2013. [4] Nelson Mark, "Serial Communications Developer's Guide", Wiley, 1999. [5] Carden Frank, Russell P. Jedlicka, Robert Henry, "Telemetry Systems Engineering", ARTECH House, 2002. [6] Partner Kevin, "Ultimate Guide To Raspberry Pi", MAGBOOK, Dennis Publishing Ltd, 2013. Gambar 16. Hasil rekontruksi data. Pengujian menunjukkan bahwa nilai PSNR antara gambar rekontruksi raw grayscale terhadap gambar grayscale asli sebesar 28.06 dan RGB sebesar 19.71 db, sedangkan PSNR antara gambar grayscale terhadap gambar asli RGB sebesar 61.97 db. Nilai PSNR dibawah 30 db mengindikasikan kualitas yang rendah dan 40 db berkualitas tinggi. 82 copyright@ DTE FT USU