air data attitude and heading reference system for uav

IJCCS, Vol.x, No.x, July xxxx, pp. 1~5

ISSN: 1978-1520 1

Received June 1st,2012; Revised June 25th, 2012; Accepted July 10th, 2012

SISTEM REFERENSI AIR DATA, ATTITUDE, DAN

HEADING BERBASIS ARDUINO DUE PADA

PESAWAT TERBANG TANPA AWAK

Femto Nur Pratama*1, Raden Sumiharto2, Bakhtiar Alldino A.S.3

1Prodi Elektronika dan Instrumentasi, Jurusan Ilmu Komputer dan Elektronika, FMIPA UGM 2Jurusan Ilmu Komputer dan Elektronika, FMIPA UGM, Yogyakarta

e-mail: *[email protected], [email protected] , [email protected]

Abstrak

Telah dibuat sebuah sistem referensi Air Data, Attitude, dan Heading untuk pesawat

terbang tanpa awak yang memberikan data-data keadaan, dan perilaku dari pesawat berupa

sudut roll, pitch, yaw, koordinat GPS, kecepatan GPS, ketinggian GPS, tanggal, waktu, suhu,

tekanan udara, dan ketinggian barometrik. Sistem yang dibuat menggunakan pemroses Arduino

Due yang berbasis mikrokontroler ARM AT91SAM3X8E dengan tegangan operasi 3,3V dan

clock speed 84Mhz.

Sensor-sensor yang digunakan untuk mendapatkan data-data keadaan dan perilaku

pesawat adalah sensor IMU GY-86 yang berbasis akselerometer dan giroskop MPU-6050 dan

magnetometer HMC5883L, sensor MS5611 untuk pengukuran ketinggian, sensor kecepatan

udara MPXV5004DP, dan GPS receiver SKM53 yang berbasis chip MTk3329. Data

pembacaan akan dikirim ke modul komunikasi ataupun ke sistem lainnya melalui komunikasi

serial dengan baudrate 115200 bps.

Dari penelitian yang dilakukan didapatkan nilai ralat rata-rata dan standar deviasi

untuk setiap sensor dan modul yang digunakan di dalam sistem ADAHRS. Untuk pembacaan

roll memiliki ralat rata-rata dan standar deviasi masing-masing 0,07o dan 0,25o, pitch 0,24o

dan 0,04o, yaw 0,64o dan 0,18o. Sensor ketinggian barometric memiliki ralat rata-rata 0,63

meter, Sensor kecepatan memiliki ralat rata-rata 13,85 km/jam dan standar deviasi 2,31

km/jam. Untuk GPS SKM53 memiliki ralat rata-rata koordinat 6,68 meter, dan ralat rata-rata

ketinggian 12,58 meter. Sistem yang dibuat memiliki start-up time 1,1 detik dengan output rate

sebesar 55,56 Hz

Kata kunci UAV, sensor, ADAHRS

Abstract An Air Data Attitude and Heading Reference System for Unmanned Aerial Vehicle has been

made. The system provide the data of attitude and condition of the aircraft. This system provide

the roll, pitch, yaw, GPS coordinates, GPS speed, GPS altitude, date, time, temperature, air

pressire, and barometric altitude data. The system use Arduino Due based on ARM

AT91SAM3X8E microcontrollers as its main processor, with 3,3V operating voltage and 84

MHz clock speed.

The system use GY-86 IMU sensor based on MPU6050 gyro-accelerometer, and

HMC5883L magnetometer, MS5611 sensor for altitude measurement, airspeed sensor

MPXV5004DP, and a GPS receiver SKM53 based on MTk3329 chip. Data readings will be sent

to a communication module or to other system through serial communication with 115200bps

baudrate.

From the research conducted has made it known the average errors and standard

deviation for each sensor and module used in the ADAHRS system. For IMU data readings, the

ISSN: 1978-1520

IJCCS Vol. x, No. x, July 201x : first_page end_page

2

data has average errors and standard deviation respectively 0,07o and 0,25o for roll, 0,24o and

0,04o for pitch, and 0,64o and 0,18o for yaw. Barometric altitude sensor has an average errors

of 0,63 meters, airspeed sensor has an average errors of 13,85 kmph and a standard deviation

of 2,31 kmph. GPS SKM53 has an average errors for the coordinate readings of 2,31 meters,

and the average errors for the altitude readings of 12,58 meters. The system start up time is 1,1

s and has an output rate of 55,56 Hz.

Keywords UAV, sensor, ADAHRS

1. PENDAHULUAN

ndonesia merupakan salah satu negara dengan wilayah yang sangat luas diantara negara

lainnya. Selain itu pula bentuk negara yang berupa kepulauan yang terdiri dari ribuan pulau

memberikan tantangan tersendiri untuk melakukan pengawasan terhadap wilayah-wilayahnya,

baik wilayah darat, laut, maupun udara. Untuk wilayah udara, saat ini telah banyak

dikembangkan teknologi-teknologi untuk membantu pengawasannya, diantaranya adalah satelit

dan UAV. UAV (Unmanned Aerial Vehicle) adalah sebuah mesin terbang yang memiliki

kemampuan terbang tanpa awak dan pilot. Mereka dapat dikontrol secara langsung oleh

operator atau di kontrol secara otomatis melalui perangkat yang di program sebelumnya.

Pemanfaatan teknologi UAV saat ini sudah semakin luas bidangnya, tidak hanya mencakup

untuk pengawasan dan kepentingan militer saja. UAV saat ini sudah mulai banyak

dikembangkan untuk kebutuhan sipil seperti untuk misi pengiriman, penelitian, pemetaan, misi

penyelamatan dan pencarian hingga untuk kebutuhan fotografi yang bersifat komersial. UAV

sendiri terdiri dari beberapa komponen sistem pendukung, diantaranya Flight Control System,

Autopilot System, Attitude and Heading Reference System (AHRS), Air Data Computer (ADC),

Communication System, Stabilized Payload System, dan Ground Control System (GCS).

ADC dan AHRS merupakan salah satu bagian sistem yang paling penting dalam sebuah UAV.

Kedua sistem ini dapat dijadikan satu menjadi Air Data, Attitude, and Heading Reference

System (ADAHRS). Dalam sebuah UAV ADAHRS akan memberikan data-data pembacaan

keadaan dan perilaku pesawat kepada Flight Control System maupun Autopilot System untuk

menentukan gerakan terbang pesawat agar sesuai dengan misi terbang yang dilakukan. Sebuah

ADAHRS pada umumnya dapat memberikan data-data keadaan dan perilaku pesawat berupa

ketinggian, koordinat posisi, kecepatan, tekanan udara, temperature, serta perilaku (attitude)

pesawat berupa sudut pitch, roll, dan yaw. Regulasi untuk standar kebutuhan sebuah UAV telah

dibuat oleh pemerintah Amerika Serikat dalam Federal Aviation Administration (FAA) dan

Federal Aviation Regulation (FAR), karena itu harus dibuat sebuah ADAHRS yang mampu

memenuhi standar kebutuhan ini. Melihat besarnya peran sebuah ADARHS dalam sistem UAV,

dan sudah banyaknya penerapan UAV di Indonesia, maka perlu ADARHS yang expandable

sehingga apabila dibutuhkan modul tambahan pada UAV kedepannya akan menjadi lebih

mudah, serta memudahkan pengembangan sistem UAV di Indonesia kedepannya.

2. METODE PENELITIAN

2.1. Deskripsi Sistem

Sistem yang akan dibuat adalah sebuah ADAHRS (Air Data, Attitude, and Heading

Reference System) yang dapat membaca data-data perilaku dan kondisi terbang pesawat, yaitu

sudut roll, pitch dan yaw, koordinat pesawat, ketinggian, dan kecepatan terbang pesawat,

sehingga data-data yang dibutuhkan untuk pengamatan keadaan dan sikap pesawat dapat

digunakan dengan baik yaitu sesuai standar regulasi FAA (Federal Aviation Administration)

yang merupakan otoritas penerbangan nasional Amerika Serikat yang mengatur dan mengawasi

semua aspek penerbangan sipil Amerika baik untuk transportasi maupun keamanan terbang.

Pada ADARHS yang akan dibuat digunakan Arduino Due sebagai pemroses. Hubungan

I

IJCCS ISSN: 1978-1520

Title of manuscript is short and clear, implies research results (First Author)

3

ADAHRS dengan sistem keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 1. Dan diagram berwarna

jingga menunjukkan bagian sistem yang dikerjakan pada penelitian ini.

Gambar 1 Diagram blok sistem ADAHRS

ADAHRS yang dibuat memiliki fungsi utama sebagai berikut:

ADAHRS bertugas mengambil data perilaku dan kondisi pesawat (roll, pitch, yaw, altitude, longitude, latitude, dan kecepatan).

Mengirimkan data perilaku dan kondisi pesawat melalui sistem komunikasi.

2.2. Rancangan Sistem

Rangkaian perangkat keras yang dibuat adalah berupa shield yang akan menampung

sensor-sensor yang dibutuhkan pada sistem ADAHRS. Perancangan rangkaian ADAHRS dan

sensor-sensornya menggunakan perangkat lunak Cadsoft EAGLE (Easily Applicable Graphical

Layout Editor) versi 6.2.0 yang bekerja pada sistem Operasi Microsoft Windows seperti

ditunjukkan Gambar 2.

ISSN: 1978-1520


4

Gambar 2 Rangkaian Sistem ADAHRS

Pada ADAHRS ini akan digunakan kontroler berupa modul Arduino Due, yang

memiliki tegangan kerja 3.3V sehingga memungkinkan sistem dengan low power consumption.

Memiliki 54 pin digital I/O dimana 12 diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM, 12

input analog, 4 port hardware serial untuk berinteraksi dengan modul lainnya, serta dua pasang

port komunikasi I2C dan SPI untuk komunikasi dengan sensor-sensor atau modul yang akan

digunakan nantinya. Pada ADAHRS ini sensor IMU GY-86 terkoneksi dengan Arduino Due

dengan menggunakan komunikasi I2C yaitu dengan menghubungkan pin SCL dan SDA pada

IMU dengan SCL dan SDA pada Arduino Due, untuk suplai daya, IMU GY-86 dibutuhkan

daya 3.3V yang diberikan oleh Arduino Due. Sedangkan modul GPS SKM53 akan

mengirimkan data ke Arduino Due melalui komunkasi serial, melalui hardware Serial3.

Sedangkan untuk sensor kecepatan MPXV5004DP akan mengirimkan pembacaan datanya

melalui pin Analog0.

Pada sistem integrasi ADAHRS ini pemrograman utama dilakukan pada modul Arduino

Due yang berbasis ARM 32-bit sehingga pemrograman sedikit berbeda dengan modul Arduino

lainnya dimana file library banyak yang harus dimodifikasi terlebih dahulu. Pemrograman

utama yang dilakukan oleh Arduino Due adalah mengambil semua data-data yang dibaca oleh

sensor-sensor yang terhubung dengan modul ADAHRS kemudian menggabungkannya menjadi

1 frame data, untuk kemudian dikirimkan ke Ground Control Station melalui suatu sistem

komunkasi. Untuk memrogram board Arduino Due akan digunakan software Arduino IDE

(Integrated Development Environment) versi 1.5.2. Software Arduino IDE versi 1.5 keatas

sudah mendukung untuk pemrograman board Arduino berbasis ARM dan AVR. Sedangkan

untuk versi dibawah 1.5 tidak mendukung untuk pemrograman Arduino Due yang berbasis

prosesor ARM. Bahasa yang digunakan pada software Arduino IDE merupakan adaptasi dari

bahasa C++ yang disederhanakan, sehingga programmer yang sudah familiar dengan bahasa

C++ tentu dengan mudah dapat memahami pemrograman pada Arduino IDE versi 1.5.2 ini.

Gambar 3 menunjukkan diagram alir sistem ADAHRS.



5

Gambar 3 Diagram alir perangkat lunak ADAHRS pada Arduino IDE

2.3. Implementasi

Sesuai dengan perancangan sistem, pada shield ini semua sensor yang akan digunakan

digunakan pada sistem dapat dipasang secara langsung, ditunjukkan oleh Gambar 4 dan Gambar

5. Selain itu disediakan juga 3 buah port komunikasi serial tambahan yang sudah dilengkapi

dengan pin VCC dan Groundnya. Pin serial dibuat bervariasi untuk level tegangan TTL 5V dan

juga 3.3V, karena bertujuan untuk memperluas kompatibilitas modul ADAHRS sistem ini

dengan sistem lain yang bekerja pada level tegangan TTL maupun CMOS.

Gambar 4 Implementesi sistem ADAHRS dan IMU

Gambar 5 Implementasi rangkaian GPS dan sensor kecepatan MPXV5004DP

ISSN: 1978-1520


6

Pada program bagian awal akan dideklarasikan library-library Arduino yang akan

digunakan pada perangkat lunak sistem ADAHRS ini. Library adalah kumpulan kode yang

mempermudah user untuk menghubungkan modul mikrokontroler dengan device lain, baik itu

sensor, display, dan yang lainnya. Pada perangkat lunak yang dibuat digunakan library SPI,

HMC5883L, Wire, Kalman, I2Cdev, MS561101BA, dan TinyGPS.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Pengujian dan Pembahasan IMU (MPU6050+HMC5883L)

Sensor IMU yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah sensor

akselerometer dan giroskop MPU6050 serta magnetometer HMC5883L. Sensor IMU akan

membaca keadaan(attitude) serta arah terbang(heading) dari pesawat, untuk keadaan digunakan

2 sumbu yaitu x dan y, sedangkan untuk arah terbang digunakan sumbu z. Gerakan pesawat

pada sumbu x adalah roll, gerakan pada sumbu y adalah pitch, dan gerakan pada sumbu z

disebut dengan yaw. IMU akan menghitung sudut gerak pesawat terhadap ketiga sumbu tersebut

untuk dapat mengetahui keadaan pesawat saat terbang. Sesuai dengan rancangan sistem uji

coba, akan dilakukan pengujian terhadap IMU secara tersendiri. IMU diletakkan pada sebuah

permukaan rata, dan akan dicari offset data pitch dan roll nya. Dan dilihat seperti apakah drift

dan kestabilan dari data, saat sistem dalam keadaan diam atau statis. Tabel 1 menunjukkan

performa statis dari pembacaan sudut pitch dan roll oleh sensor MPU-6050 pada IMU dengan

800 sampel data :

Tabel 1 Variasi data statis sudut pitch dan roll IMU GY-86 Roll (o) Pitch (o)

Maksimum 180,46 180,26

Minimum 180,00 180,03

Rata-rata 180,20 180,14

Standar Deviasi 0,071086 0,038850

IMU diletakkan pada permukaan datar 180o, namun pembacaan bisa dilihat pada tabel

bahwa pada pembacaan 800 data roll, terdapat offset sebesar 0,46 untuk pada nilai maksimum

dan minimum offset adalah 0,00, dengan rata-rata offset untuk 800 sampel data adalah 0,20.

Pada sampel pembacaan roll memiliki standar deviasi 0,071086 yang menujukan bahwa sebaran

normal untuk variasi pembacaan roll berkisar antara angka 0,07 dari rata-rata offset 0,20.

Untuk pembacaan sampel data pitch sebanyak 800 data didapat offset minimum 0,03, dan offset

terbesar yang didapat adalah 0,26. Offset rata-rata untuk sudut pitch adalah 0,14. Standar deviasi

yang didapat dari pengujian 800 data sudut pitch adalah 0,038850, yang menujukkan bahwa

sebaran normal untuk variasi pembacaan 800 data pitch adalah 0,04 dari nilai offset rata-rata

0,14. Dua Grafik 6 dan 7 ini menunjukkan pembacaan 800 sampel data roll dan pitch



7

Gambar 6 Grafik pembacaan 800 data roll

Gambar 7 Grafik pembacaan 800 data pitch

Gambar 8 Grafik Pembacaan 800 data yaw

Untuk pengujian sudut yaw pada program terlebih dahulu dilakukan pengaturan untuk

sudut deklinasi, yang merupakan error pembacaan nilai utara kompas dengan nilai utara yang

sebenarnya, untuk daerah Yogyakarta nilai sudut deklinasinya adalah 0.0198 dalam satuan

179

179.5

180

180.5

181

0 200 400 600 800

Sud

ut

(de

raja

t)

Data

Roll

Roll

179.5

180

180.5

181

0 200 400 600 800

Sud

ut

(de

raja

t)

Data

Pitch

Pitch

59

60

61

62

63

64

65

0 200 400 600 800

Sud

ut

yaw

(d

era

jat)

Data

Yaw

YAW

ISSN: 1978-1520


8

radian, sudut ini dimasukkan pada variabel declinationAngle pada subprogram IMU yang

sudah dijelaskan sebelumnya. Gambar 8 dan Tabel 2 menunjukkan performa statis dari

pembacaan sudut yaw dengan HMC5883L pada IMU GY-86 :

Tabel 2 Variasi data statis yaw IMU GY-86 Yaw (o)

Maks 61,07

Min 60,24

Rata-rata 60,67

Standar Deviasi 0,18

3.2. Pengujian dan Pembahasan Sensor Ketinggian MS5611

Untuk melakukan perhitungan ketinggian barometrik, akan diambil data-data suhu dan

tekanan udara oleh sensor MS5611, setelah itu ketinggian barometrik akan dihitung dengan

menggunakan rumus 1 berikut :

(1)

Tekanan Po yang digunakan pada rumus ini adalah tekanan atmosfir pada permukaan

laut sesuai ISA (International Standard Atmosphere) yaitu 1013,25 mbar pada suhu 15 oC,

namun pada perhitungan kali ini dilakukan kalibrasi dulu untuk yaitu dengan mendapatkan

tekanan udara pada ketinggian 0 permukaan laut di Yogyakarta dengan mengambil data tekanan

di pantai parangtritis dan dari 500 data didapatkan rata-rata tekanan udara permukaan laut

sebesar 1013,084 mbar, dan nilai tekanan ini dimasukkan ke dalam rumus sebagai Po.

Gambar 9 Grafik ketinggian MS5611 vs ketinggian referensi

Ditunjukkan oleh Gambar 9, dari pengujian 800 data ini, pada pengujian pertama pada

siang hari dengan cuaca cerah dan tercatat suhu rata-rata saat pembacaan adalah 30,15 oC, dan

dengan tekanan udara rata-rata 995,21 mbar, pada pengujian statis ini didapatkan maksimum

ketinggian yang terbaca adalah 158,63 m diatas permukaan laut dan nilai minimum yang terbaca

adalah 158,03 m. Nilai rata-rata pembacaan ketinggian adalah 158,27 m. Dengan demikian

didapat nilai ralat rata-rata pembacaan adalah sebesar 0,63 m jika dibandingkan dengan

ketinggian titik referensi geodetik yaitu sebesar 158,9.

157

158

159

160

161

162

0 200 400 600 800

Alt

itu

de

(m

)

Data

Altitude MS5611 vs Altitude Referensi

Altitude MS5611

AltitudeReferensi



9

Diketahui bahwa semakin tinggi suatu titik dari permukaan laut, maka tekana

atmosfirnya akan menjadi semakin rendah, dikarenakan berat udara yang berkurang, dan setiap

ketinggian bertambah 1 kaki atau 0.3048 meter maka tekanan atmosfir berkurang sebanyak 34

mbar. Karena itulah saat tekanan udara rendah didapat nilai ketinggian yang semakin tinggi dan

menjauh dari nilai seharusnya saat diukur menggunakan sensor MS5611. Tekanan pada

ketinggian yang sama dapat berubah-ubah karena berbagai faktor yaitu kerapatan udara,

dikarenakan perbedaan suhu, dan juga pergerakan dalam atmosfir baik itu secara vertikal

maupun horizontal, dalam bentuk arus dan angin [1].

3.3. Pengujian dan Pembahasan Sensor Kecepatan MPXV5004DP

Pengujian pada sensor ini dilakukan dengan meletekkan katup dinamis searah dengan

arah gerak dari kendaraan mobil, sehingga akan terjadi perbedaan tekanan antara katup dinamis

dan statis dari sensor. Dari pengujian dinamis digunakan 750 sampel data pembacaan kecepatan

udara oleh MPXV5004DP, pembacaan ini akan dibandingkan dengan pembacaan kecepatan

groundspeed yang dibaca oleh modul GPS receiver SKM53.

Gambar 10 Grafik perbandingan airspeed vs groundspeed GPS

Dari data hasil pengujian didapatkan ralat rata-rata pembacaan kecepatan udara

dibandingkan dengan groundspeed adalah sebesar 13,85 km/jam. Kemudian untuk standar

deviasinya didapatkan nilai 2,31 km/jam. Mengacu pada penelitan [2], bahwa berdasarkan

Technical Service Order yang dirilis oleh FAA setiap sistem pembacaan kecepatan udara yang

terdapat di pesawat harus memiliki nilai ralat-rata maksumal dibawah 3% nilai kecepatan udara

terkalibrasi atau 5 knot (9,26 km/jam), dipilih nilai yang paling besar. Berdasarkan nilai tersebut

maka sensor ini masih perlu sedikit perbaikan lagi untuk mencapai nilai standar agar dapat

digunakan untuk penerbangan, namun hasil pengujian ini tidak menjadi hasil mutlak yang

mentukan kelayakan, karena pembacaan groundspeed dari GPS memiliki banyak faktor yang

mempengaruhi pembacaannya seperti keadaan atmosfir, cuaca, dan jumlah satelit yang

terhubung. Karena pengujian ini dilakukan pada saat cuaca mendung dengan awan gelap

menutupi aatmosfer, maka nilai pembacaan groundspeed GPS bisa mengalami kesalahan.

Karena itulah pembacaan GPS untuk kecepatan dan ketinggian tidak pernah dijadikan sebagai

referensi primer atau utama pada penerbangan, tetapi dijadikan referensi sekunder.

3.4. Pengujian dan Pembahasan GPS Receiver SKM53

Untuk pengujian GPS receiver SKM53 dengan chip MTk3329 dilakukan dengan 2 tipe

pengujian, yaitu pengujian statis dan dinamis. Pada pengujian statis akan dilakukan

perbandingan antara koordinat yang didapat oleh GPS receiver SKM53 dengan sebuah titik

referensi geodetik yang sama seperti yang digunakan pada [2] untuk melakukan pengujian untuk

0

10

20

30

40

50

60

0 500 1000

Ke

cep

atan

(km

/jam

)

Data

Groundspeed vs Airspeed

Groundspeed

Airspeed

ISSN: 1978-1520


10

GPS PMB648, yaitu menggunakan titik referensi geodetic yang terletak di depan Direktorat

Administrasi Akademik Universitas Gadjah Mada. Pada bagian pengujian secara dinamis akan

dilakukan pemasangan sistem pada benda bergerak, yaitu mobil. Dan kemudian selama

perjalanan dengan kendaraan tersebut, data-data pembacaan koordinat oleh GPS receiver

SKM53 akan direkam menggunakan modul SD Card yang dihubungkan dengan modul

ADAHRS dengan metode komunikasi SPI.

Gambar 11 Grafik ketinggian GPS vs referensi

Pada Gambar 11 dapat dilihat bahwa dari pengambilan 6500 data yang pertama yaitu

pada pukul 11.33 WIB dengan cuaca sangat cerah didapatkan nilai ralat pembacaan rata-rata

terhadap titik referensi geodetik sebesar 11,04 dengan nilai ralat terkecil adalah 0,01 dan nilai

ralat terbesar dari 6500 pembacaan adalah 63,49 m. Untuk pengujian statis kedua yaitu pada

pukul 17.07 WIB dengan cuaca berawan dilakukan juga pengambilan sampel data sebanyak

6500 dengan hasil yang didapat adalah nilai pembacaan dengan ralat sebesar terkecil adalah

12,4 m dan terbesar adalah 16,4 m, dan dihasilkan nilai rata-rata ralat sebesar 14,11 m, untuk

pengujian ketiga yaitu pada malam hari pukul 22.08 WIB dengan cuaca mendung berawan

hitam, didapatkan data yang cukup jauh menurun ketinggiannya dan terdapat anomali dimana

data pembacaan GPS baik itu latitude maupun longitude selalu sama, begitu juga ketinggian,

yaitu 65.3 m diatas permukaan laut, hal ini bisa dikarenakan faktor cuaca yang sangat mendung

dan mulai sedikit gerimis sehingga GPS tidak bisa mendapat data satelit yang valid. Pada

pengambilan data pertama terdapat kenaikan yang sangat tajam pada data bagian terakhir,

padahal sebelumnya data GPS sudah sangat akurat dan sangat mendekati nilai referensi, hal ini

bisa dikarenakan faktor eksternal seperti kondisi atmosfir yang sewaktu-waktu bisa berubah.

Selanjutnya dilakukan pengujian statis untuk mengecek letak dan jarak koordinat yang

terbaca oleh GPS terhadap titik referensi geodetik yang sudah ditentukan tadi, untuk

pengecekan jarak antara koordinat yang terbaca oleh GPS dengan koordinat titik referensi

geodetik. Untuk mengetahui jarak antara dua koordinat akan digunakan dengan rumus

Haversine:

(2)

Pada rumus 2, adalah latitude, adalah longitude, R adalah radius bumi yaitu 6371km. Pada pengujian ini dilakukan pembacaan data sebanyak 4000 data, dan kemudian dari

semua data tersebut dilakukan perhitungan jaraknya terhadap titik referensi geodetik. Setelah

dilakukan perhitungan dengan perangkat lunak Microsoft Excel didapatkan nilai jarak terkecil

0

50

100

150

200

250

0 6500 13000 19500

Alt

itu

de

Data

Altitude GPS vs Referensi

Alt Referensi

Alt GPS

a = sin( /2) + cos(1).cos(2).sin(/2)

c = 2.(a, (1a))

d = R.c



11

yang terbaca adalah sejauh 3,49 m dan untuk jarak terjauh yang terbaca adalah sebesar 9,09 m,

dan didapatkan nilai rata-rata jarak antara koordinat titik referensi geodetik dengan pembacaan

koordinat oleh GPS receiver SKM53 adalah sebesar 6.68 m. Nilai yang didapat ini sudah sangat

bagus, dan berbeda sangat sedikit dengan yang tertera pada datasheet SKM53 yaitu 3 m.

Pembacaan ini murni dari data satelit dan tanpa menggunakan bantuan stasiun darat.

3.5. Pengujian dan Pembahasan Performa Sistem

Untuk pengujian performa sistem akan diteliti bagaimana data yang keluar dan dikirim

oleh sistem melalui komunikasi serial, karena untuk berkomunikasi dengan sistem komunikasi

akan digunakan komunikasi serial, selain itu akan dilakukan pengujian untuk start-up time, serta

menghitung jumlah keluaran yang dikirimkan oleh sistem ADAHRS tiap detiknya, untuk

pengujian keluaran data dari sistem ADAHRS ini dilakukan dengan mengirimkan data serial ke

komputer dan kemudian dilihat keluaran yang dikirim oleh ADAHRS melalui serial monitor

pada Arduino IDE 1.5.2. Data keluaran yang dikirim sistem ADAHRS diperlihatkan pada

Gambar 12.

Gambar 12 Output data ADAHRS

Sistem ADAHRS diuji dengan mengirimkan data keseluruhan melalui komunikasi

serial dengan computer dan data pengiriman ditampilkan melalui serial monitor Arduino IDE

1.5.2. Pengiriman data dilakukan dengan baud rate 115200bps. Seperti terlihat pada gambar

diatas data yang dikirimkan sesuai dengan perancangan komunikasi yang dibuat. Frame data

yang dikirimkan adalah $ Sudut Roll | Sudut Pitch | Sudut Yaw | Latitude | Longitude | Tanggal | Waktu | Ketinggian GPS | Kecepatan GPS | Kecepatan Udara | Suhu | Tekanan Barometrik |

QNH | QFE #. Saat pengujian melalui serial monitor Arduino IDE bisa diketahui bahwa GPS receiver memerlukan waktu sekitar 14 detik untuk mulai mengirimkan data yang valid, namun

ada beberapa faktor yang mempengaruhi seperti kondisi atmosfir dan jumlah satelit yang

terhubung dengan penerima GPS. Berdasarkan pengujian start-up ini maka diketahui bahwa

sistem ADAHRS berbasis Arduino Due ini memiliki waktu start-up 1,1 detik, dan waktu untuk

mengirimkan tiap data lengkap adalah 18ms, sehingga setiap 1 detik mampu mengirimkan 55,56

data yang berarti sistem ADAHRS yang dibuat memiliki output rate 55,56 Hz, nilai ini sudah

jauh lebih tinggi dari sistem ADAHRS yang dibuat pada [2] dengan menggunakan pemroses

Arduino Mega berbasis ATMega2560 yang memiliki output rate 18 Hz

4. KESIMPULAN

1. Pembacaan nilai ketinggian barometrik dibandingkan dengan titik referensi geodetik

memiliki nilai rata-rata ralat sebesar 0,63 m. Serta saat pengujian dengan membandingkan

ISSN: 1978-1520


12

ketinggian pengukuran GPS SKM53 didaptkan hasil nilai rata-rata pembacaan dengan GPS

sebesar 31,78 m.

2. Pembacaan nilai ketinggian barometrik dibandingkan dengan titik referensi geodetic

memiliki niai rata-rata ralat sebesar 0,63 m.

3. Sensor kecepatan udara MPXV5004DP dibandingkan dengan pembacaan groundspeed GPS

memiliki ralat rata-rata 13,85 km/jam dan standar deviasi 2,31 km/jam.

4. Diketahui bahwa nilai pembacaan statis koordinat GPS receiver SKM53 memiliki nilai rata-

rata ralat 6,68 meter, dan pembacaan ketinggian GPS memiliki ralat rata-rata 12,58 meter.

5. Sistem ADAHRS yang dibuat memiliki start-up time 1,1 detik. Sedangkan untuk output rate

dari sistem yang dibuat adalah 55,55 Hz.

5. SARAN

1. Dibutuhkan pengujian pada lingkungan yang ekstrim untuk membuktikan reliabilitas sistem

ADAHRS yang dibuat.

2. Dibutuhkan tabung pitot buatan pabrik yang sudah diuji untuk penggunaan pada sistem

UAV

3. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya dicari metode untuk mengubah update rate dari

GPS receiver ini, karena performa GPS yang akurat dan presisi akan meningkatkan

performa sistem UAV secara keluruhan dengan signifikan.

4. Diharapkan pada penelitian selanjutnya dapat dibuat sistem ADAHRS yang sudah

dilengkapi dengan sistem penyimpanan data.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada PPKI UGM yang telah memberi dukungan

finansial terhadap penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ilmuterbang.com, 2012, Cuaca Pentingnya tekanan atmosfir, http://www.ilmuterbang.com/artikel-mainmenu-29/teori-penerbangan-mainmenu-68/26-

private-pilot/93-cuaca-pentingnya-tekanan-atmosfir, Diakses tanggal 18 Februari 2013.

[2] Prima, A., 2012, Purwarupa Air Data, Attitude, and Heading Reference System untuk

Pesawat Terbang Tanpa Awak Sayap Tetap, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

air data attitude and heading reference system for uav

Documents

this system provide

heading berbasis arduino

pesawat berupa sudut

56 hz kata kunci uav

the system use gy

and barometric altitude

for imu data readings

heading untuk pesawat