IMPLEMENTASI UNMANNED AERIAL VEHICLE (UAV) EMPAT BALING-BALING (QUADCOPTER) MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ARDUINO TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1 Teknik Informatika Universitas Muhammadiyah Malang MARHAFAN H. HASAN 201010370311069 JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2015
LEMBAR PENGESAHAN IMPLEMENTASI UNMANNED AERIAL VEHICLE (UAV) EMPAT BALING-BALING (QUADCOPTER) MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ARDUINO TUGAS AKHIR Sebagai Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1 Teknik Informatika Universitas Muhammadiyah Malang Disusun oleh : MARHAFAN H. HASAN 201010370311069 Tugas Akhir ini telah diuji dan dinyatakan lulus melalui sidang majelis penguji pada tanggal 24 April 2015 Menyetujui, Penguji I Penguji II Wahyu Andhyka K. S.Kom, M.Kom NIDN : 0720068701 Ilyas Nuryasin, S.Kom, M.Kom NIDN : 0723118601 Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Informatika Yuda Munarko, S.Kom, M.Sc NIDN : 0708087701
LEMBAR PERNYATAAN Saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama Lengkap : Marhafan H. Hasan Tempat, Tanggal Lahir : Kore, 16 Maret 1992 Nomor Induk Mahasiswa : 201010370311069 Fakultas / Jurusan : Teknik / Informatika Dengan ini saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa : 1. Skripsi yang berjudul Implemetansi Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Empat Baling-Baling (Quadcopter) Menggunakan Mikrokontroller Arduino beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya. 2. Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya untuk dipergunakan sebagaimana mestinya. Malang, 19 April 2015 Yang Membuat Pernyataan Marhafan H. Hasan 201010370311069 iv
LEMBAR PERSETUJUAN IMPLEMENTASI UNMANNED AERIAL VEHICLE (UAV) EMPAT BALING-BALING (QUADCOPTER) MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ARDUINO TUGAS AKHIR Sebagai Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1 Teknik Informatika Universitas Muhammadiyah Malang Disusun oleh : MARHAFAN H. HASAN 201010370311069 Menyetujuui, Dosen I Dosen II Ir. M. Irfan, MT NIP : 108.9203.0255 Zamah Sari, ST, MT NIDN : 0708087701
KATA PENGANTAR Puji syukur Alhamdulillah Kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah dan karunia-nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi dengan apa yang diharapkan. Skripsi ini adalah salah satu syarat dalam menyelesaikan program sarjana (S1) Teknik Informatika pada fakultas teknik, Universitas Muhammadiyah Malang. Kelancaran penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari dukungan berbagai pihak. Oleh sebab itu, melalui kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan baik moril mapun materil, khususnya kepada yang terhormat : 1. Kedua orang tua, yang sangat saya sayangi yang telah memberikan dukungan moril, materil dan do a yang tiada henti-hentinya. 2. Bapak Dekan Fakultas Teknik UMM. 3. Bapak Yuda Munarko, S.Kom, M.Sc, Selaku ketua program studi Teknik Informatika. 4. Bapak Ir. M. Irfan, MT, Selaku dosen Pembimbing 1, atas bimbingan dan masukan kepada peneliti. 5. Bapak Zamah Sari, ST, MT, Selaku dosen Pembimbing 2, atas bimbingan dan masukan kepada peneliti. 6. Bapak dan Ibu dosen yang telah membekali ilmu pengetahuan selama berada di bangku kuliah. 7. Semua pihak yang tidak disebutkan namanya satu persatu. Sungguh tidak ada hal sempurna yang dihasilkan oleh makhluk yang tidak sempurna, namun inilah bentuk usaha yang optimal dari penulis untuk menghasilkan sesuai yang bermanfaat. Perbaikan karya ilmiah di massa mendatang, penulis tetap mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak serta motivasi dari orang-orang terdekat. Sekian, mohon maaf atas segala kekurangan, semoga bermanfaat. Penulis vii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... Error! Bookmark not LEMBAR PERSETUJUAN... Error! Bookmark not LEMBAR PENGESAHAN... Error! Bookmark not LEMBAR PERNYATAAN... Error! Bookmark not ABSTRAK... Error! Bookmark not ABSTRACT... Error! Bookmark not KATA PENGANTAR... Error! Bookmark not DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... Error! Bookmark not DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah... Error! Bookmark not 1.2. Rumusan Masalah... Error! Bookmark not 1.3. Tujuan... Error! Bookmark not 1.4. Batasan Masalah... Error! Bookmark not 1.5. Metodologi... Error! Bookmark not 1.5.1. Studi Pustaka... Error! Bookmark not 1.5.2. Analisa dan Perancangan... Error! Bookmark not 1.5.3. Implemetasi... Error! Bookmark not 1.5.4. Uji Coba dan Evaluasi... Error! Bookmark not 1.5.5. Penyusunan Buku Tugas Akhir... Error! Bookmark not 1.6. Sistematika Penulisan... Error! Bookmark not BAB II LANDASAN TEORI 2. 1. Komponen-Komponen Quadcopter... Error! Bookmark not 2. 2. Sensor-sensor di dalam AHRS (Altitude Heading Reference System) Error! Bookmark not 2.2.1. Akselerometer... Error! Bookmark not 2.2.2. Giroskop... Error! Bookmark not viii
2.2.3. Magnetometer... Error! Bookmark not 2.2.4. Barometer... Error! Bookmark not 2. 3. Teori Dasar Sistem Kontrol... Error! Bookmark not 2.3.1. Kontroller Proporsional... Error! Bookmark not 2.3.2. Kontroller Proporsional Derivatif (PD)... Error! Bookmark not 2.3.3. Kontroller Proporsional Integral (PI)... Error! Bookmark not 2.3.4. Kontroller PRoporsional Integral Derivatif (PID)... Error! Bookmark not BAB III ANALISA DAN PERANCANGAN SISTEM 3.1. Analisa Kebutuhan Sistem... Error! Bookmark not 3.1.1. Mikrokontroller... Error! Bookmark not 3.1.2. Rangkaian IMU (Inertial Measurement Unit). Error! Bookmark not 3.1.3. Akuisisi Sensor... Error! Bookmark not 3.1.4. Ultrasonic Range Sensor... Error! Bookmark not 3.1.5. Rangkaian ESC dan BLDC... Error! Bookmark not 3.1.6. Konfigurasi APC220 To Mikrokontroller. Error! Bookmark not 3.2. Kontrol Gerak Quadcopter... Error! Bookmark not BAB IV IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN 4.1. Pengujian Program Kalibrasi Sensor IMU... Error! Bookmark not 4.1.1. Akselerometer... Error! Bookmark not 4.1.2. Giroskop... Error! Bookmark not 4.2. Pengujian Program Serial Command. Error! Bookmark not 4.3. Hasil Pengujian... Error! Bookmark not BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ix
5.1. Kesimpulan... Error! Bookmark not 5.2. Saran Pengembangan... Error! Bookmark not DAFTAR PUSTAKA... Error! Bookmark not x
DAFTAR GAMBAR 2.1. Bentuk Dasar Quadcopter 5 2.2. Ground Frame dan Body Frame 6 2.3. Gaya Dorong dan Yawing Moment 6 2.4. Resultan Gaya Akibat Sudut 8 2.5. Diagram Blok Sistem Kontrol Sederhana 12 2.6. Diagram Blok Kontroller Proporsional 12 2.7. Diagram Blok Kontroller PD 13 2.8. Diagram Blok Kontroller PI 14 3.1. Diagram Blok Kontroller PID 14 3.2. Arsitektur Sistem Quadcopter 16 3.3. Konfigurasi Pin ATmega2560 17 3.4. GY-80 18 3.5. Perbandingan Akuisisi polling dan interrupt driven 20 3.6. SRF04 21 3.7. Konfigurasi ESC dan BLDC 22 3.8. APC220 Radio Communication Module 23 3.9. Setting Konfigurasi APC220 24 3.10. Blok Diagram Kontrol Gerak Quadcopter 24 3.11. Gaya Dorong, Yawing Moment dan Sudut Quadcopter 26 3.12. Diagram alir low layer control 27 4.1. Hasil uji akselerometer dengan diputar pada sumbu X 29 4.2. Hasil uji akselerometer dengan diputar pada sumbu Y 29 4.3. Hasil uji giroskop sumbu X 31 4.4. Hasil uji giroskop sumbu Y 32 4.5. Hasil uji giroskop sumbu Z 32 4.6. Inisialisasi IMU+APC220 35 4.7. Hasil Take Off 35 4.8. Hasil Hovering 38 x
DAFTAR GAMBAR 2.1. Bentuk Dasar Quadcopter 5 2.2. Ground Frame dan Body Frame 6 2.3. Gaya Dorong dan Yawing Moment 6 2.4. Resultan Gaya Akibat Sudut 8 2.5. Diagram Blok Sistem Kontrol Sederhana 12 2.6. Diagram Blok Kontroller Proporsional 12 2.7. Diagram Blok Kontroller PD 13 2.8. Diagram Blok Kontroller PI 14 3.1. Diagram Blok Kontroller PID 14 3.2. Arsitektur Sistem Quadcopter 16 3.3. Konfigurasi Pin ATmega2560 17 3.4. GY-80 18 3.5. Perbandingan Akuisisi polling dan interrupt driven 20 3.6. SRF04 21 3.7. Konfigurasi ESC dan BLDC 22 3.8. APC220 Radio Communication Module 23 3.9. Setting Konfigurasi APC220 24 3.10. Blok Diagram Kontrol Gerak Quadcopter 24 3.11. Gaya Dorong, Yawing Moment dan Sudut Quadcopter 26 3.12. Diagram alir low layer control 27 4.1. Hasil uji akselerometer dengan diputar pada sumbu X 29 4.2. Hasil uji akselerometer dengan diputar pada sumbu Y 29 4.3. Hasil uji giroskop sumbu X 31 4.4. Hasil uji giroskop sumbu Y 32 4.5. Hasil uji giroskop sumbu Z 32 4.6. Inisialisasi IMU+APC220 35 4.7. Hasil Take Off 35 4.8. Hasil Hovering 38 x
DAFTAR TABEL 3.1. Spesifikasi ADXL345 18 3.2. Spesifikasi L3G4200D 19 3.3. Spesifikasi HMC5883L 19 3.4. Hardware Address dan Register IMU 20 xi
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... Error! Bookmark not LEMBAR PERSETUJUAN... Error! Bookmark not LEMBAR PENGESAHAN... Error! Bookmark not LEMBAR PERNYATAAN... Error! Bookmark not ABSTRAK... Error! Bookmark not ABSTRACT... Error! Bookmark not KATA PENGANTAR... Error! Bookmark not DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... Error! Bookmark not DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah... Error! Bookmark not 1.2. Rumusan Masalah... Error! Bookmark not 1.3. Tujuan... Error! Bookmark not 1.4. Batasan Masalah... Error! Bookmark not 1.5. Metodologi... Error! Bookmark not 1.5.1. Studi Pustaka... Error! Bookmark not 1.5.2. Analisa dan Perancangan... Error! Bookmark not 1.5.3. Implemetasi... Error! Bookmark not 1.5.4. Uji Coba dan Evaluasi... Error! Bookmark not 1.5.5. Penyusunan Buku Tugas Akhir... Error! Bookmark not 1.6. Sistematika Penulisan... Error! Bookmark not BAB II LANDASAN TEORI 2. 1. Komponen-Komponen Quadcopter... Error! Bookmark not 2. 2. Sensor-sensor di dalam AHRS (Altitude Heading Reference System) Error! Bookmark not 2.2.1. Akselerometer... Error! Bookmark not 2.2.2. Giroskop... Error! Bookmark not viii
2.2.3. Magnetometer... Error! Bookmark not 2.2.4. Barometer... Error! Bookmark not 2. 3. Teori Dasar Sistem Kontrol... Error! Bookmark not 2.3.1. Kontroller Proporsional... Error! Bookmark not 2.3.2. Kontroller Proporsional Derivatif (PD)... Error! Bookmark not 2.3.3. Kontroller Proporsional Integral (PI)... Error! Bookmark not 2.3.4. Kontroller PRoporsional Integral Derivatif (PID)... Error! Bookmark not BAB III ANALISA DAN PERANCANGAN SISTEM 3.1. Analisa Kebutuhan Sistem... Error! Bookmark not 3.1.1. Mikrokontroller... Error! Bookmark not 3.1.2. Rangkaian IMU (Inertial Measurement Unit). Error! Bookmark not 3.1.3. Akuisisi Sensor... Error! Bookmark not 3.1.4. Ultrasonic Range Sensor... Error! Bookmark not 3.1.5. Rangkaian ESC dan BLDC... Error! Bookmark not 3.1.6. Konfigurasi APC220 To Mikrokontroller. Error! Bookmark not 3.2. Kontrol Gerak Quadcopter... Error! Bookmark not BAB IV IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN 4.1. Pengujian Program Kalibrasi Sensor IMU... Error! Bookmark not 4.1.1. Akselerometer... Error! Bookmark not 4.1.2. Giroskop... Error! Bookmark not 4.2. Pengujian Program Serial Command. Error! Bookmark not 4.3. Hasil Pengujian... Error! Bookmark not BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ix
5.1. Kesimpulan... Error! Bookmark not 5.2. Saran Pengembangan... Error! Bookmark not DAFTAR PUSTAKA... Error! Bookmark not x
DAFTAR PUSTAKA [1] Ardi J.K., Nurussaadah. 2013. Implementasi Sistim Vace Recognition Pada Robot Pemindahan Objek Sesuai Sistim Navigasi. Jurnal Tehnik Elektro UB. Malang. [2] Budiarto, Widodo.2014.Robotika Moderen Teori dan Implementasi (Edisi Revisi). Jakarta : Andi Publisher. [3] Hakim E.A. 2012. Sistem Kontrol. Malang : UMM Press. [4] Juari, Aswin, Ayu. Deteksi OVV Menggunakan Hasil Pengenalan Suara Otomatis Untuk Bahasa Indonesia. Jurnal Tehnik Informatika ITB. Bandung. [5] Saftari, Firmansyah. 2015. Proyek Robotik Keren Dengan Arduino. Jakarta : Elex Media Komputindo [6] Malik, Muchamad. 2011. Arduino For Robotic. R2G. Jogakarta. [7] Robert C., Snare. 2015. A History of Vector Magnetometry in Space [8] Widodo, Santoso Petrus, Khoswanto Handry. 2013. Aplikasi Android Untuk Remote Control Quadcopter. Jurnal Dimensi Tehnik Elektro Vol.1.No.1. Surabaya. [9] http://arduino.cc/2015/arduinosofware (diakses 16 Maret 2015) 39