RANCANGAN QUADCOPTER UNTUK SISTEM PEMANTAU UDARA BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328 SKRIPSI LAMHOT SIHALOHO 100801037 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
RANCANGAN QUADCOPTER UNTUK SISTEM PEMANTAU UDARA BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328 SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains LAMHOT SIHALOHO 100801037 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
PERSETUJUAN Judul : Rancangan Quadcopter Untuk Sistem Pemantau Udara Berbasis Mikrokontroller ATmega 328 Kategori : Skripsi Nama : Lamhot Sihaloho Nomor Induk Mahasiswa : 100801037 Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Disetujui di Medan, September 2014 Disetujui Oleh Pembimbing II Pembimbing I Dr. Bisman P. M. Eng, Sc Dr. Nasruddin MN, M. Eng, Sc NIP. 195609181985011002 NIP. 195507061981021002 Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003 i
PERNYATAAN RANCANGAN QUADCOPTER UNTUK SISTEM PEMANTAU UDARA BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328 SKRIPSI Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di dalammya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang masing- masing disebutkan sumbernya. Medan, September 2014 LAMHOT SIHALOHO 100801037 ii
PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul Rancangan Quadcopter Untuk Sistem Pemantau Udara Berbasis Mikrokontroller ATmega 328. Laporan tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar sarjana fisika. Penelitian skripsi ini dilakukan di Laboratorium Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, sesuai dengan waktu yang ditetapkan. Penulis juga menyampaikan banyak terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Nasruddin MN, M. Eng, Sc selaku dosen pembimbing I di USU yang telah memebrikan bimbingan, waktu dan tenaga dalam penyelesaian tugas akhir ini. 2. Bapak Dr. Bisman P. M. Eng, Sc selaku dosen pembimbing II di USU yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga dalam penyelesaian tugas akhir ini. 3. Bapak Dr. Sutarman, M. Sc sebagai dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) USU. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M. Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU beserta seluruh staf pengajar dan pegawai Departemen Fisika FMIPA USU. 4. Bapak saya J. Sihaloho dan Ibu T. Siagian, kak Mariati Sihaloho, kak Paskaria Sihaloho, kak Jojor Maria Sihaloho, dan adik Fransisca Anjeli Sihaloho, beserta keluarga besar yang memberikan dukungan, doa dan semangat dalam penyelesaian tugas akhir ini. 5. Fitry Totryanti Silaban yang selalu mendukung, memotivasi, mendoakan dan selalu memberi semangat kepada saya selama penyelesaian tugas akhir ini. iii
6. Seluruh teman- teman saya di Jurusan Fisika angkatan 2010 yang selalu memberikan semangat kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini. 7. Seluruh adik-adik saya di Jurusan Fisika mulai dari angkatan 2011 sampai 2013 yang selalu memberikan semangat kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini. 8. Seluruh teman-teman saya di Ikatan Alumni SMA Katolik Xaverius dan Ikatan Alumni SLTP Yos Sudarso II yang selalu memberikan semangat kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini. iv
RANCANGAN QUADCOPTER UNTUK SISTEM PEMANTAU UDARA BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328 ABSTRAK Telah dirancang sebuah sistem pemantau udara (quadcopter) untuk pemantau yang dapat mengendalikan objek terbang di udara. Sistem quadcopter tersebut memiliki ukuran 30 cm x 30 cm terdiri dari empat buah baling baling (panjang 20.32 cm). Dalam menjaga keseimbangan quadcopter selama bermanufare di udara, digunakan sensor accelerometer MMA7260Q. Remote control memberikan perintah dan ditangkap receiver pada quadcopter, perintah atau data yang diterima oleh receiver diproses oleh mikrokontroller ATmega 328. ATmega 328 membaca data yang diberikan dan memberikan sinyal pada setiap komponen untuk melaksanakan perintah. Quadcopter menggunakan cctv wireless yang dapat merekam objek dan dilengkapi dengan sistem pengiriman dengan pemancar Rf433. Kemudian data yang dikirim ditangkap oleh receiver pada PC. Untuk menghubungkan antara penerima (receiver) dengan Personal Computer (PC) dibutuhkan converter, hal ini dibutuhkan karena pada Personal Computer (PC) tidak mempunyai konektor AV (audio video), oleh sebab itu dibutuhkan easy capture. Dari hasil pengujian motor, quadcopter mendapatkan respon untuk terangkat dimulai dari pulsa 77 dengan rata-rata nilai Revolution Per Minute (RPM) 122.75 dan rata-rata Pulse Width Modulation (PWM) 13.47 Hz. Dari hasil pengujian kemiringan dapat diketahui bahwa kemiringan tergantung posisi quadcopter. Kata Kunci : Quadcopter, Sensor accelerometer MMA7260Q, Mikrokontroller ATmega 328, PC, baling-baling. v
DESIGNING OF QUADCOPTER FOR AIR MONITORING SYSTEM BASED WITH ATMEGA 328 MICROCONTROLLER ABSTRACT An air monitoring system (quadcopter) that have purposed to monitoring which can control flying object through the air, have been designed. The quadcopter system has a size of 30 cm x 30 cm which consists of four propellers (have length 20.32 cm). To maintaining of quadcopter during manufaring in the air, used MMA7260Q accelerometer sensor. The remote control gives a command and the receiver,it processed by the Atmega 328 microcontroller. The Atmega 328 microcontroller will read input data and signals on every component to execute the command. Quadcopter using wireless cctv to recorded the object and was equipped by a delivery system with RF433 transmitter. Then, data which have been sent, is capture by receiver on PC. To connected the receiver with PC needed a converter, it is needed because PC does not have AV connector (audio video), so that, it would takes the easy capture. From the resulted and analyzed testing of the motor, show that quadcopter response to elevated at pulse which started from 77 with have an average value of Revolution Per Minute (RPM) is 122.7 and average value of Pulse Width Modulation (PWM) is 13.47 Hz. From the resulted of slope testing, it was knew that the slope was depended by quadcopter position. Keywords: Quadcopter, MMA7260Q accelerometer sensor, Microcontroller ATmega 328, PC, Propeller. vi
DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran Halaman i ii iii v vi vii ix x xi Bab 1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan Masalah 3 1.3 Batasan Masalah 3 1.4 Tujuan Penelitian 4 1.5 Manfaat Penelitian 4 1.6 Tempat Penelitian 4 1.7 Sistematika Penulisan 4 Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Quadcopter 2.1.1 Sistem Gerak Quadcopter 6 2.1.2 Konsep Kendali dan Anatomi Quadcopter 6 2.2 Wireless 2.2.1 Komunikasi Wireless 7 2.2.2 Klasifikasi Jaringan Wireless 7 2.3 Gelombang Radio 9 2.4 Pemrograman Bahasa C 2.4.1 Tipe Data 10 2.4.2 Konstanta Variabel 11 2.4.3 Codevision AVR 12 2.5 Baling-Baling 13 2.6 Sensor Accelerometer 14 2.6.1 Fitur-Fitur Pada Accelerometer 15 2.6.2 Parameter Accelerometer 15 2.7 Motor BLDC (Brushless Direct Current) 16 2.8 Elektronika Speed Control 17 2.9 Remote Control 18 2.10 Wireless CCTV 19 2.11 Pengukuran Sudut Kemiringan 19 2.12 Mikrikontroller ATmega 328 20 2.12.1 Fitur Mikrokontroller ATmega 328 20 vii
2.12.2 Konfigurasi Mikrokontroller ATmega 328 21 Bab 3. Metodologi Penelitian 3.1 Diagram Blok 24 3.2 Rangkaian Accelerometer MMA7260Q 24 3.3 Rangkaian Mikrokontroller ATmega 328 27 3.4 Rangkaian ESC (Easy Speedy Control) 28 3.5 Rangkaian Pemancar Rf433 28 3.6 Rangkaian Motor Brushless 29 3.7 Perancangan Mekanik Quadcopter 30 3.8 Perancangan Sistem Pemantau 30 3.9 Rangkaian Remote Control 31 3.10 Diagram Alir 33 Bab 4. Hasil dan Pembahasan 4.1 Pengujian Motor 34 4.2 Pengujian Sensor Accelerometer MMA7260Q 38 4.2.1 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Stabil 38 4.2.2 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Miring ke Kanan 39 4.2.3 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Miring ke Kiri 39 4.2.4 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Condong ke Depan 40 4.2.5 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Condong ke Belakang 40 4.2.6 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Serong Kanan Depan 41 4.2.7 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Serong Kiri Depan 41 4.2.8 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Serong Kanan Belakang 42 4.2.9 Hasil Pengujian Quadcopter Pada Posisi Serong Kiri Belakang 42 4.3 Pengujian Sistem Pemantau 44 4.4 Pengujian Mikrokontroller ATmega 328 45 Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan 46 5.2 Saran 47 Daftar Pustaka 48 viii
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman Tabel Tabel 2.1 Panjang Gelombang dan Frekuensi Gelombang Radio 10 Tabel 2.2 Tipe Data 11 Tabel 2.3 Jenis dan Fitur Sensor Accelerometer 15 Tabel 3.1 Diskripsi Tingkat Sensitivitas Accelerometer MMA7260Q 26 Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Pulsa Dari RC Dengan RPM Motor Brushless 35 Tabel 4.2 Hasil Pengukuran tegangan Mikrokontroller Terhadap Motor Brushless 36 Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Tegangan V in Terhadap Pulsa RC 37 ix
DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman Gambar Gambar 2.1 Motor Brushless 17 Gambar 2.2 Elektronika Speed Control 18 Gambar 2.3 Remote Control 18 Gambar 2.4 Tampilan Architecture ATmega 328 21 Gambar 2.5 Konfigurasi Pin ATmega 328 21 Gambar 2.6 Konfigurasi Port B 22 Gambar 2.7 Konfigurasi Port C 22 Gambar 2.8 Konfigurasi Port D 23 Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Kendali Quadcopter 24 Gambar 3.2 Rangkaian Accelerometer MMA7260Q 26 Gambar 3.3 Rangkaian Mikrokontroller ATmega 328 27 Gambar 3.4 Rangkaian Elektronika Speed Control 28 Gambar 3.5 (a) Pemancar Rf433 (b) Modul Pemancar Rf433 29 Gambar 3.6 Rancangan Motor Brushless 29 Gambar 3.7 Rancangan Mekanik Quadcopter 30 Gambar 3.8 Rancangan Sistem Pemantau 31 Gambar 3.9 Easy Capture 31 Gambar 3.10 Tombol Untuk Remote Control 31 Gambar 3.11 Rangkaian Remote Control 32 Gambar 4.1 Grafik Hubungan Pulsa RC Terhadap Revolution Per Minute (RPM) Pada Pengujian Motor 34 Gambar 4.2 Grafik Hubungan Tegangan (volt) Terhadap Revolution Per Minute (RPM) Pada Pengujian Motor 35 Gambar 4.3 Hasil Pengujian Sistem Pemantau 44 x
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman Lamp 1. Rangkaian Keseluruhan 50 2. Program Yang Digunakan 53 3. Data Sheet Mikrokontroller ATmega 328 64 4. Data Sheet Accelerometer MMA7260Q 67 5. Dokumentasi Perancangan Sistem Quadcopter 70 xi