Jurnal Mekatronika [PDF]

Citation preview

Rancang Bangun Fixed Wing Drone Menggunakan Controller CC3D untuk pemantauan lahan



RANCANG BANGUN FIXED WING DRONE MENGGUNAKAN CONTROLLER CC3D UNTUK PEMANTAUAN LAHAN Muhammad Raafi 1Aditya Kurniawan2, Panji Peksi Branjangan3 1,2,3



Teknik Mekatronika, Politeknik Kota Malang Jln Tlogowaru II no 3 Malang, Jawa Timur, Indonesia 1



[email protected] [email protected] 3 [email protected],



ABSTRAK Dalam melakukan penginderaan jauh terdapat berbagai macam alat yang digunakan untuk identifikasi dan pemantauan kondisi penggunaan lahan. Penggunaan citra satelit optik seringkali terkendala oleh tutupan awan, ketergantungan pada penyedia data, harga yang relatif mahal, waktu akuisisi dan lokasi data yang diperlukan tidak fleksibel. Oleh sebab itu untuk melakukan pemantauan yang ada disuatu daerah tertentu perlu adanya teknologi yang dapat beroperasi dengan biaya rendah . Maka dari itu perlu adanya sebuah wahana udara yang dapat difungsikan untuk memantau dan merekam kondisi lahan disuatu daerah agar dapat dianalisa dan diambil proses citranya. Salah satu wahana yang akan penulis gunakan adalah wahana Fixed Wing Drone dengan flight controller CC3D. Sistem ini akan menerima pulsa berupa PWM menuju Servo dari perangkat receiver yang akan digunakan sebagai pengendali navigasi wahana dari remote control. Kemudian flight controller mengolah data dari receiver yang didalamnya terdapat sensor 3-axis Gyroscope dan Accelerometer untuk membuat terbang stabil pada sumbu Roll, Pitch, dan Yaw. Wahana fixed wing drone ini dikendalikan dari darat melalui sistem FPV dengan frekuensi 5,8 Ghz agar dapat melihat secara langsung dengan lokasi penerbangan yang ditentukan oleh pilot untuk memperoleh gambar video yang akan diamati kondisi lahannya. Dari hasil data gambar video penerbangan yang direkam menggunakan Fixed Wing Drone dapat mengetahui kondisi lahan yang ada pada daerah pemantauan tersebut. . Kata kunci: Fixed Wing Drone ,Flight Controller, FPV. ABSTRACT In doing remote sensing there are various tools used for the identification and monitoring of land use conditions. The use of optical satellite imagery is often hampered by cloud cover, reliance on the data providers, the price is relatively expensive, time and location data acquisition required inflexible. Therefore, for the monitoring of existing in a specified area is need for technology that can operate at a low cost. Thus the need for an air vehicle that can be used to monitor and record the condition of land in an area that can be analyzed and taken the image. One of the vehicle that the writer will use is a vehicle Fixed Wing Drone with CC3D flight controller. This system will receive tasks in the form of a PWM through Servo from receiver device to be used as a vehicle navigation controllers of the remote control. Then flight controller Jurnal JIT – Vol. 2, No 2, November 2018



31



Muhammad Raafi



processing data from a receiver in which there are sensors 3-axis gyroscope and accelerometer to create a stable flight on Roll, Pitch and Yaw Axis. The Fixed Wing Drone is controlled from the ground through FPV system with a frequency of 5.8 GHz in order to look directly at the flight view specified by pilot to obtain a video image to be observe the condition of the land. From the video image data can be recorded and analyzed flights land conditions that exist in the monitoring area. Keywords: Fixed Wing Drone ,Flight Controller, FPV. PENDAHULUAN Dalam melakukan pengamatan berupa visual untuk mengetahui kondisi lahan atau perkebunan yang diambil dari lokasi tertentu di darat terdapat berbagai macam kendala seperti medan yang sulit dilalui, terhalang oleh dinding atau bangunan, dan pengambilan sudut pandang data visual yang relatif terbatas .Maka dari itu ditemukanlah metode pengamatan atau pemantauan yang diambil dari ketinggian melalui jalur udara. Terdapat berbagai macam wahana yang bisa digunakan yaitu dengan menggunakan kendaraan terbang seperti Pesawat, Helikopter, dan Balon Udara. Namun hal itu memerlukan biaya operasional yang besar, sumber daya manusia yang banyak, serta beresiko terhadap keselamatan nyawa manusia pula. Saat ini terdapat solusi yang lebih mudah, murah dan aman untuk melakukan pemantauan melalui udara, yaitu dengan menggunakan RC Aircraft atau Drone. Tetapi untuk menjadikan stabil saat proses terbang diperlukan sebuah control stabilizer, untuk mengatasi permasalahan ini, penulis membuat suatu alat dengan mengangkat judul “Rancang Bangun Fixed Wing Drone Menggunakan controller CC3D untuk pemantauan lahan” dengan harapan alat ini dapat mempermudah pekerjaan pengamatan dari udara dan dapat dipergunakan umtuk profilling oleh pengusaha pertanahan dan perkebunan,



32



terutama untuk kalangan masyarakat menengah . KAJIAN PUSTAKA Fixed Wing Glider Fixed Wing Glider adalah sebuah macam dari bentuk pesawat terbang yang memiliki sayap tetap dan memiliki sudut dihedral, dalam penerbangannya ditahan oleh reaksi dinamis dari udara yang berlawan arah dengan sayapnya. Sayap ini dipasangkan pada bagian atas badan pesawat sehingga memiliki kestabilan dan daya angkat yang baik. Struktur pesawat terbang ini terdiri dari wing, fuselage, dan tail section. Pesawat glider juga dilengkapi oleh flight control surface seperti rudder,aileron dan elevator untuk melakukan manuver, Sumber :www.ilmuterbang.com )



Gambar 1 Contoh Fixed Wing Glider (Sumber : www.flitetest.com)



Jurnal JIT – Vol. 2, No 2, November 2018



Rancang Bangun Fixed Wing Drone Menggunakan Controller CC3D untuk pemantauan lahan



Gaya dan Sumbu Manuver Ada beberapa macam gaya yang bekerja pada pesawat. Gaya-gaya aerodinamika ini meliputi gaya angkat (lift), gaya dorong (thrust), gaya berat (weight), dan gaya hambat udara (drag). Supaya bisa terbang, kita perlu gaya yang bisa mengatasi gaya berat akibat tarikan gravitasi bumi. Gaya ke atas (lift) ini harus bisa melawan tarikan gravitasi bumi sehingga benda bisa terangkat dan mempertahankan posisinya di angkasa.



Gambar 2. Berbagai gaya yang menyebabkan daya angkat (Sumber : FAA, Aviation Maintenance Technician Journal , 2009)



Alat ini didesain memilik sayap berbentuk sudut dihedral dengan penampang berbentuk Airfoil agar menghasilkan daya angkat yang stabil. Gerakan manuver sendiri terdiri dari 3 sumbu, yaitu Roll, Pitch,dan Yaw. Untuk dapat melakukan manuver udara maka alat ini dilengkapi dengan 4 Flight Control Survace yang digerakkan oleh servo yaitu Aileron kanan, Aileron kiri, Elevator, dan Rudder sehingga Flight Control Surface ini sangat efektif untuk melakukan manuver di 3 sumbu gerakan , yaitu Vertical Axis ,Horizontal Axis ,dan Lateral Axis. Jurnal JIT – Vol. 2, No 2, November 2018



Gambar 3. Sumbu Manuver (Sumber : FAA, Aviation Maintenance Technician Journal , 2009)



Electronic Speed Controller (ESC) ESC (Electronic Speed Controller) adalah bagian elektronik yang mengatur kecepatan perputaran motor brushless dengan cara mengatur suplai arus yang disesuaikan dengan kebutuhan pesawat, sehingga energy baterai dapat digunakan seefisien mungkin, dan memperlama waktu penerbangan. Untuk ini perlu diperhatikan tegangan yang diperbolehkan dan juga arusnya agar cocok dengan motor brushless .Contoh ESC yang digunakan pada perancangan alat ini adalah ESC merek Simonk dengan keluaran arus max 30 Ampere, Bentuk ESC dapat dilihat pada Gambar 4



Gambar 4. Simonk ESC 30A (Sumber : http://www.github.com/)



Motor Brushless Pesawat membutuhkan Propeller yang .Motor Brushless



fixed wing glider penggerak berupa diputar oleh motor merupakan teknologi



33



Muhammad Raafi elektrik terbaru yang memiliki putaran sangat tinggi, rendah konsumsi energy dan tidak mudah panas. Saat ini Pesawat remote sudah banyak yang menggunakan motor brushless untuk menghasilkan performa tinggi. Efisiensi motor berkaitan dengan durabilitas terbang dari pesawat,mengingat sumber daya (battery) yang digunakan terbatas . Dalam perancangan alat digunakan motor brushless Merek RCX 2822 1200KV seperti pada Gambar 2.5 pemilihan motor brushless ditekankan pada karateristik motor brushless tersebut yaitu dari revolutions per minute (RPM), KV motor, arus yang dikonsumsi, berat motor dan daya dorong motor terhadap beban.



Gambar 5. Motor Brushless RCX (Sumber : http://www.rcgroups.com/)



Servo Motor servo adalah sebuah motor DC dengan kontrol umpan balik tertutup di mana posisi rotor-nya akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, potensiometer, dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor servo.



34



Gambar 6. Micro Servo 9gram (Sumber : www.flitetest.com)



PERANCANGAN DAN PEMBUATAN Fixed Wing Drone merupakan alat yang dirancang untuk dapat memonitoring dan mengontrol penggunaan listrik pada indekos. Dengan menggunakan sensor arus ACS712 untuk mendapatkan nilai arus yang mengalir ketika beban digunakan dan Raspberry Pi sebagai minikomputer yang digunakan untuk dapat mengolah data yang diperoleh untuk ditampilkan ke web agar dapat diakses oleh penghuni dan pemilik boarding house. Receiver FPV



Transmitter Remote



Transmitter FPV



Receiver Remote



Camera FPV



Baterai



Mini OSD



CC3D



Servo



ESC



Motor Brushless



Propeller



Gambar 7. Blok Diagram Alat



Alat ini di desain untuk membantu proses pengamatan agar memiliki jam terbang yang lumayan lama, dengan menggunakan baterai Lipo 2700 mAh, menggunakan motor brushless sebagai sumber komponen utama penghasil gerak rotasi propeller yang diatur oleh ESC, kemudian receiver yang mengendalikan controller CC3D agar dapat menggerakkan bidang kemudi pesawat servo dengan penambahan konfigurasi penstabil .alat ini juga dilengkapi kamera FPV yang dipancarkan melalui transmitter FPV



Jurnal JIT – Vol. 2, No 2, November 2018



Rancang Bangun Fixed Wing Drone Menggunakan Controller CC3D untuk pemantauan lahan



yang ditransmisikan menuju receiver pada ground station.



Gambar 9. Pengujian RPM motor brushless menggunakan tachometer



Gambar 8. Gambar Elektrik alat



PENGUJIAN DAN ANALISIS Pada bab ini akan dibahas tentang pengujian dan analisa sistem berdasarkan bab perencanaan dan pembuatan sistem. Pengujian dan analisa yang akan dilakuan dalam sistem ini meliputi : 1. Pengujian Brushless Motor. 2. Pengujian keluaran arus pada baterai. 3. Pengujian Servo. 4. Pengujian CC3D controller 5. Pengujian Micro OSD 6. Pengujian jarak Remote Transmitter maksimal. 7. Pengujian jarak FPV. 8. Pengujian keseluruhan alat. PENGUJIAN BRUSHLESS MOTOR Pengujian brushless motor bertujuan untuk melihat kinerja dari Electronic Speed Controller dan mengetahui kecepatan dari brushless motor, agar ESC (Electronic Speed Controller) dan brushless motor dapat bekerja dengan baik.



Jurnal JIT – Vol. 2, No 2, November 2018



Gambar 10. Grafik pengukuran kecepatan brushless motor .



Motor Brushless membutuhkan arus AC tiga fasa dan throttle minimal 11 % untuk dapat memutarkan motor brushless dengan kecepatan maksimal 14090 rpm jika throttle 100 %. PENGUJIAN KELUARAN ARUS PADA BATERAI Pengujian keluaran arus pada baterai ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar arus yang keluar pada baterai jika penggunaan motor brushless dengan rentang throttle 0% - 100% agar diketahui berapa estimasi durasi terbang pesawat sesuai kapasitas baterai. Tabel 1. Hasil Pengujian



Persen tasi Throtl e 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%



Keluaran arus tanpa Propeller



Keluaran arus menggunakan Propeller



0,03 A 0,08 A 0,25 A 0,34 A 0,41 A 0,47 A 0,52 A 0,56 A 0,59 A 0,62 A 0,64 A



0,03 A 0,08 A 0,28 A 0,43 A 0,61 A 0,81 A 1,03 A 1,27 A 1,50 A 1,74 A 1,99 A



35



Muhammad Raafi



55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100%



0,65 A 0,67 A 0,68 A 0,69 A 0,70 A 0,70 A 0,71 A 0,71 A 0,72 A 0,72 A



2,23 A 2,48 A 2,85 A 3,22 A 3,61 A 4,30 A 4,74 A 5,20 A 5,75 A 6,21 A



Dari Tabel 1. pengambilan data arus yang keluar berdasarkan persentasi throtle, data yang didapatkan pada setiap kenaikan 5 %, memiliki perbedaan nilai arus yang sedikit jika tanpa propeller. Pada alat ini penulis menggunakan baterai li-po sebesar 2700 mAh yang artinya baterai akan habis dalam waktu satu jam apabila dikonsumsi 2,7 A. 2700 mA/Hour = 2,7 A/Hour H (1 hour/jam) = 60 menit 2,7 : 60 = 0,045 Dari hasil perhitungan tersebut diketahui bahwa baterai li-po 2700 mAh menghabiskan 0,045 A per menitnya . Apabila menggunakan throttle maksimal dari motor brushless 6,21 A,dengan perhitungan dibawah ini 2,7 : 6,21 = 0,434 0,434 x 60 = 26,4 Maka sumber tegangan akan habis dalam waktu 26 menit.



PENGUJIAN CONTROLLER CC3D Pengujian controller CC3D ini bertujuan untuk dapat mengetahui hasil stabilisasi yang telah diprogram pada Vehicle Setup Wizard Libre Pilot pada PC dengan menampilkan tampilan data melalui software Libre Pilot GCS.



36



Gambar 11. Tampilan Software Libre Pilot



Pada pengujian CC3D Controller di atas, koneksi antara PC ke Controller telah dapat berkomunikasi dengan baik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.12. memperlihatkan jika pesawat dimiringkan maka tampilan Horizon di panel akan miring juga KESIMPULAN 1. Proses pengerjaan Fixed Wing Drone dengan tipe Glider dirancang berbahan Foam Depron menggunakan motor tipe pendorong. 2. Untuk mengoperasikan Fixed Wing Drone adalah dengan menggunakan Remote Control 2.4 Ghz menggerakkan 3 bidang Flight Control Surface yaitu Aileron, Elevator,dan Rudder di 3 sumbu yaitu Roll, Pitch,dan Yaw 3. Dalam mengatur konfigurasi Flight Controller CC3D agar pesawat terbang stabil penulis memilih mode Attitude . 4. Setelah melakukan perhitungan dan percobaan maka Fixed Wing Drone ini memiliki estimasi waktu terbang sekitar 26 menit dengan jarak terbang aman maksimal 400 meter



Jurnal JIT – Vol. 2, No 2, November 2018



Rancang Bangun Fixed Wing Drone Menggunakan Controller CC3D untuk pemantauan lahan



DAFTAR PUSTAKA PENUTUP 1. Proses pengoperasian Fixed Wing Drone ini agar dapat dengan menggunakan system FPV secara maksimal dapat mengganti antenna biasa dengan antenna cloverleaf dan dan receiver yang memiliki system diversity. 2. Pengembangan pada alat ini bisa dilakukan dengan penambahan fitur untuk pemetaan yang dilengkapi GPS agar dapat melakukan Autopilot. 3. Agar dapat menghasilkan sumber gaya dorong yang kuat maka disarankan untuk mengganti motor Brushless dengan diameter yang lebih besar.



Jurnal JIT – Vol. 2, No 2, November 2018



Rana,Baskara H.(2015).Cara kerja Airfoil” .[Online] ilmuterbang.com http://www.ilmuterbang.com/artikelMainmenu-29/teori-penerbanganmainmenu-68/552-mengapa-pesawatterbang-bisa-terbang, [Diakses 13 Juni 2016] Bixler,Josh.(2016) “FT Explorer Build” .[Online] flitetest.com http://flitetest.com/articles/ftexplorer-build, [Diakses 1 Juni 2016] Federal Aviation Administration. (2009) ”Aviation Maintenance Technician Airframe Journal “,Washington, U.S Department Of Transportation ,



37