Alat Prototype Autopilot Pada Mobil Menggunakan Kendali GPS

KONSEP PERANCANGAN

        Dalam perancangan Alat Prototype Autopilot Pada Mobil Menggunakan Kendali GPS, secara urut dimulai dari identifikasi kebutuhan yang diperluhkan

A. Identifikasi Kebutuhan

        Dalam merealisasikan pembuatan alat ini diperlukan kebutuhan, adapun beberapa kebutuhan untuk dapat menunjang pengerjaan proyek akhir ini. Adapun identifikasi bagian-bagian yang dibutuhkan sebagai berikut : 

1.       Baterai lippo untuk mensuplai tegangan agar bekerja dengan baik.

2.       Mikrokontroller sebagai sistem pengendali yang mengendalikan sistem autopilot pada prototipe.

3.       Mikrokontroller sebagai sistem pengendali yang mengendalikan sensor jarak dan relay.

4.       Driver untuk menggerakkan motor DC.

5.       Motor DC sebagai actuator gerak Prototype Autopilot.

6.       Motor Servo sebagai bagian untuk membelok alat kearah kanan dan kearah kiri.

7.       Sensor yang dapat membaca jarak benda.

8.       Relay sebagai kontrol ESC.

9.       GPS sebagai alat untuk menentukan posisi dari satelit

10.   Pengendalian jarak jauh untuk mengendalikan Prototype Autopilot.

11.   Kotak Persegi Panjang sebagai tempat dudukan Prototype Autopilot untuk memudahkan dalam menyetting Prototype Autopilot.

12.   Software untuk membantu penulisan program dengan bahasa pemograman yang sesuai.

13.   Software untuk membantu menampilkan navigasi dari GPS.

B. Analisa Kebutuhan

        Berdasarkan identifikasi kebutuhan diatas, maka diperoleh beberapa analisa kebutuhan pada sistem yang akan dirancang, sebagai berikut :

1.       Baterai lippo

        Baterai lippo yang digunakan baterai TURNIGY 11.1V, 1500 mAh, baterai TURNIGY 7,4V, 850 mAh dan 1 buah modul UBEC 5V. Baterai TURNIGY 11.1V, 1500 mAh digunakan untuk mensuplai Arduino Mega 2560 dan Arduino Nano. Baterai TURNIGY 7,4V, 850 mAh digunakan untuk mensupali ESC. Modul UBEC 5V/6V digunakan untuk menurunkan tegangan 11.1 V menjadi 6 V ke Arduino Mega.

2.       Mikrokontroller Arduino Mega 2560

        Mikrokontroller Arduino Mega 2560 sebagai sistem pengendali yang mengendalikan sistem autopilot pada prototipe. Arduino Mega 2560 merupakan mikrokontroller yang berbasis Arduino dengan menggunakan chip ATmega2560. Arduino Mega 2560 dipilih sebagai pengendali utama karena mempunyai memori sebesar 256KB dan memiliki sebuah port USB, dan tombol reset.

3.       Mikrokontroller Arduino Nano

        Mikrokontroller Arduino Nano sebagai sistem pengendali yang mengendalikan sensor jarak dan relay. Arduino Nano merupakan mikrokontroller yang berbasis Arduino dengan menggunakan chip ATmega328. Arduino Nano dipilih sebagai pengendali utama karena ukuran pcb yang kecil dibandingkan arduino lain dan memiliki konfigurasi 14 pin I/O (input/output) digital, sebuah port USB, dan tombol reset.

4.       ESC

        Driver untuk menggerakkan motor DC. RC ESC 20A Brush Motor Speed Controller 1/18 scale RC Car dipilih karena tegangan 3.0V-9.4V, input Li-Po 2S, dan fungsinya maju, mundur dan rem.

5.       Motor DC

        Motor DC sebagai actuator gerak Prototype Autopilot. Motor DC menggunakan Motor DC dari mobil RC Rock Rover 1 : 18 scale. Mobil RC yang digunakan hanyalah kerangka bodinya dan 2 motor DC. Tegangan motor DCnya sendiri 5V sesuai dengan tegangan pada ESC.

6.       Motor Servo

             Sebagai bagian untuk belok kanan atau kiri, untuk jalannya Prototype Autopilot. Tower pro MG-90 Metal Servo dipilih karena dapat menahan beban sampai dengan 2.4kg/cm (6V), dan tegangan yang digunakan 4.8 sampai 6 Volt.

7.       Sensor ultrasonik

        Sensor ultrasonik digunakan untuk mendeteksi benda dengan jarak 20cm. Sensor yang digunakan HCSR04 dan US-015 dikarenakan sensor ini dapat mendeteksi dari 2cm hingga 400cm.

8.       Relay

        Relay digunakan untuk kontrol ESC pada saat sensor ultrasonik mendeteksi benda kurang dari 20 cm maka ESC akan mati, bila mendeteksi benda lebih dari 20cm maka ESC akan hidup. Relay ini dipilih karena kesesuainya sebagai saklar yang bisa otomatis dikendalikan oleh arduino, dan membutuhkan 5V.

9.       GPS Neo 7

        GPS sebagai alat untuk menentukan posisi dari satelit. GPS berfungsi sebagai penerima GPS (Global Positioning System Receiver) yang dapat mendeteksi lokasi dengan menangkap dan memproses sinyal dari satelit navigasi. GPS Neo 7 sendiri dipilih karena tegangannya 5v, Akurasi penetapan lokasi GPS secara horisontal: 2,5 meter (SBAS = 2m).

10.       3DR Radio V2

        3DR Radio V2 merupakan perangkat radio V2 telemetri yang memungkinkan untuk menghubungkan ke pengontrol penerbangan seperti APM Pixhawk, atau multiwii AIO, perangkat ini juga dilengkapi USB atau UART seperti komputer, laptop, tablet, atau android yang mendukung koneksi USB (OTG).

11.    Kotak Persegi Panjang akrilik ukuran panjang 10 cm, lebar 8 cm dan tinggi 9,6 cm.

12.   Software Arduino IDE digunakan untuk membantu penulisan program dengan bahasa C.

13.   Mission Planner untuk membantu menampilkan navigasi dari GPS.

C.     Perancangan Alat

        Perancangan Prototype Autopilot Pada Mobil Menggunakan Kendali GPS terdiri dari hardware dan software.

1.       Rancangan Blok Diagram Microcontroller Arduino Mega 2560

        Rangkaian Blok diagram Prototype Autopilot Pada Mobil Menggunakan Kendali GPS dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar. Diagram Blok Sistem Arduino Mega 256

        Sebelum menuju pada bagian analisis terdapat sebuah gambar diagram blok sistem dari alat. Diagam tersebut terdiri dari input, proses, dan output. Pada bagian input dibutuhkan beberapa komponen yaitu sensor. Bagian input berguna untuk memberi masukan dan data yang akan diolah pada proses. Pada bagian proses diperlukan sebuah komponen yaitu Arduino Mega 2560. Pada bagian proses berguna untuk mengendalikan seluruh kinerja sistem alat. Selanjutnya bagian output yang terdiri dari Motor DC, ESC, Servo dan 3DR Radio V2.. 

        Penjelasan bagian-bagian blok pada gambar diatas sebagai berikut:

a. Blok Input

        Block input terdiri dari GPS Neo 7, 3DR Radio V2. GPS digunakan untuk menentukan posisi dari satelit. 3DR Radio V2 digunakan perangkat radio V2 Telemetri yang memungkinkan untuk menghubungkan ke pengontrol penerbangan.

b. Blok Proses

        Block proses merupakan bagian untuk mengendalikan seluruh kinerja sistem alat. Arduino Mega 2560 merupakan mikrokontroller yang berbasis Arduino dengan menggunakan chip ATmega2560. Arduino Mega 2560 mempunyai memori sebesar 256KB dan memiliki sebuah port USB, dan tombol reset.

c. Blok Output

        Block output terdiri dari Motor DC, ESC, dan Servo. Motor DC digunakan sebagai actuator gerak Prototype Autopilot. ESC digunakan untuk menggerakkan motor DC. RC ESC 20A Brush Motor Speed Controller 1/18 Scale RC Car, fungsinya maju, mundur dan rem. Servo digunakan sebagai bagian untuk membelokan alat kearah kanan dan kearah kiri.

2.       Rancangan Blok Diagram Microcontroller Arduino Nano 

        Rangkaian Blok diagram Prototype Autopilot Pada Mobil Menggunakan Kendali GPS dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar. Diagram Blok Sistem Arduino Nano

        Sebelum menuju pada bagian analisis terdapat sebuah gambar 16 diagram blok sistem dari alat. Diagram tersebut terdiri dari input, proses, dan output. Pada bagian input dibutuhkan beberapa komponen yaitu sensor. Bagian input berguna untuk memberi masukan dan data yang akan diolah pada proses. Pada bagian proses diperlukan sebuah komponen yaitu Arduino Nano. Pada bagian proses berguna untuk mengendalikan seluruh kinerja sistem alat. Selanjutnya bagian output yang terdiri dari relay, LED, LED 2 dan buzzer.

        Penjelasan bagian-bagian blok pada gambar diatas sebagai berikut :

a. Blok Input

        Block input terdiri dari 2 sensor ultrasonik , dan 1 push button. Sensor ultrasonik digunakan untuk mendeteksi benda dengan jarak 20cm, jika terdeteksi kurang dari jarak tersebut maka relay akan memutus arus ESC. Push button sebagai tombol, digunakan jika sensor ultrasonik mendeteksi benda kurang dari jarak 20 cm, berfungsi untuk menghidupkan relay sehingga relay menyalakan ESC.

b. Blok Proses

        Block proses merupakan bagian untuk mengendalikan seluruh kinerja sistem alat. Mikrokontroller Arduino Nano sebagai sistem pengendali yang mengendalikan sensor jarak dan relay. Arduino Nano merupakan mikrokontroller yang berbasis Arduino dengan menggunakan chip ATmega328. Arduino Nano memiliki konfigurasi 14 pin I/O (input/output) digital, sebuah port USB, dan tombol reset.

c. Blok Output

        Block output terdiri dari relay, LED, LED 2 dan buzzer. Relay digunakan untuk kontrol ESC pada saat sensor ultrasonik mendeteksi benda kurang dari 20 cm maka ESC akan mati, bila mendeteksi benda lebih dari 20cm maka ESC akan hidup. LED sebagai indikator untuk mengetahui bila sensor ultrasonik mendeteksi benda kurang dari 20 cm maka LED akan menyala. LED 2 berfungsi sebagai penerangan pada malam hari. Buzzer digunakan sebagai indikator suara, berbunyi bila sensor ultasonik mendeteksi benda kurang dari 20 cm.

3.       Hardware

    Dalam pembuatan Prototype Autopilot Pada Mobil Menggunakan Kendali GPS memerlukan perancangan komponen elektronika sebagai pendukung fungsi dari pengendalian alat sebagai berikut:

a.    Rangkaian keseluruhan Microcontroller Arduino Mega 2560

 

Gambar. Rangkaian keseluruhan Microcontroller Arduino Mega 2560

Microcontroller Arduino Mega 2560 merupakan gambar rangkaian keseluruhan yang berupa konfigurasi dari komponen terhadap Arduino Mega 2560. Pin 4 disambungkan ke servo. Pin 2 disambungkan ke ESC. Pin 16,17 disambungkan ke GPS Neo 7. Pin 14,15 disambungkan ke 3D Radio V2. ESC output disambungkan ke motor DC depan dan motor DC belakang

b.    Rangkaian keseluruhan Microcontroller Arduino Nano

Gambar. Rangkaian keseluruhan Microcontroller Arduino Nano

Microcontroller Arduino Nano merupakan gambar rangkaian keseluruhan yang berupa konfigurasi dari komponen terhadap Arduino Nano. Pada pin 2,3 dan 7,8 disambungkan ke sensor ultasonik. Pin 11 disambungkan Ke LED. Pin 6 disambungkan ke 2 LED. Pin 5 disambungkan ke Push Button. Pin 4 disambungkan ke Buzzer. Pin 13 disambungkan ke Relay.

4. Software

a. Diagram alur (Flowchart)

        

        Perancangan software perangkat lunak ini, membutuhkan sistematika pembuatan yang baik. Berikut ini merupakan flowchart:

Gambar. Flowchart Program Prototype Autopilot 1

Gambar. Flowchart Program Prototype Autopilot 2

Gambar. Flowchart Program Prototype Autopilot 3

Gambar. Flowchart Program Prototype Autopilot 4

Gambar.  Flowchart Program Sensor Anti Nabrak 1

Gambar. Flowchart Program Sensor Anti Nabrak 2

Gambar. Flowchart Program dari Mission Planner

b. Alat dan bahan

1) Alat

Kebutuhan alat yang diperlukan dalam pembuatan alat seperti pada tabel 1.

        

b. Alat dan bahan

1. Alat

        Kebutuhan alat yang diperlukan dalam membuat pembuatan seperti pada tabel 1 :

2. Bahan

        Bahan yang diperlukan dalam pembuaatan alat seperti pada tabel 2 :

3. Jadwal Kegiatan 

        Proses pengerjaan karya tugas akhir mulai dari awal persiapan hingga pembuatan alat selesai direncanakan sebagai berikut:

 

D. Pengembangan

Pengembangan dalam pengerjaan proyek akhir Prototype Autopilot pada Mobil Menggunakan Kendali GPS merupakan pengembangan dari perancangan yang telah dibuat ke bentuk hardware dan software yang siap untuk diimplementasikan. Berikut merupakan tahapan dari proses pengembangan:

1. Hardware

a. Elektronik

1) Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan dengan menganalisis kebutuhan.

2) Merealisasikan shiled Arduino Mega, menggunakan PCB.

3) Merealisasikan shiled Arduino Nano, menggunakan PCB.

4) Menguji unjuk kerja tiap komponen elektronik yang telah dibuat.

2.       Software

a. Arduino IDE

1) Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan dengan menganalisis kebutuhan.

2) Merealisasikan flowchart yang telah dirangcang kebentuk program pada Arduino IDE.

3) Menguji program Arduino IDE ke hardware yang telah dibuat.

b. Mission Planner

1) Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.

2) Mencari lokasi yang luas seperti lapangan sepak bola, atau tanah kosong yang lebih luas dari 

lapangan sepak bola.

3) Mencoba alat tersebut sesuai dengan misi yang diinginkan

4) Menguji alat dari Mission Planner ke gerak prototipe mobil, ataupun menampilkan hasil misi 

sesuai dengan arah jalan prototipe mobil.

E. Implementasi

Implementasi merupakan tahapan merealisasikan tahapan pengembangan yang telah dibuat. Berikut merupakan hasil dari tahapan implementasi dari perancangan yang terdiri dari desain hardware dan software.

1. Hardware

a.     Prototipe Mobil

        Pada tugas akhir ini memakai mobil RC 1/18 scale yang menempatkan beberapa komponen didalamnya. Berikut ini merupakan desain prototipe mobil yang tampak dari samping dan tata letak penempatan komponen pada prototipe mobil.

Gambar. Desain Prototype Tampak Samping

        Gambar di atas merupakan detail tata letak komponen pada prototipe mobil. sensor ultrasonik yang ditempatkan didepan dan dibelakang. Batterai lippo dibawah dan didalam. ESC, relay, Arduino Mega 2560 dan Arduino Nano dan UBEC yang diletakan didalam bodi mobil. GPS, LED, Buzzer dan Push Button yang diletakan melekat diatas bodi mobil.

b.     Kotak Persegi Panjang ( Dudukan prototype mobil)

Gambar. Desain Dudukan prototype mobil

        Gambar di atas merupakan desain kotak akrilix persegi panjang. Desain kotak akrilix persegi panjang ini digunakan untuk memudahkan dalam mengatur sebelum melakukan misi, bila terjadi hal-hal yang tidak diinginkan seperti mobil berjalan sendiri.

c.     Elektronik

Gambar. Layout PCB Shield Arduino Mega

        Gambar 28 merupakan layout PCB shield mikrokontroler dari Arduino mega. Desain layout telah disesuaikan dengan kebutuhan I/O yang dibutuhkan agar mempermudah pemasangan perkabelan.

Gambar. Layout PCB Shield Arduino Nano

        Gambar di atas merupakan layout PCB shield mikrokontroler dari Arduino Nano. Desain layout telah disesuaikan dengan kebutuhan I/O yang dibutuhkan agar mempermudah pemasangan perkabelan.

2.       Software

Software direalisasikan pada alat dengan cara mengupload program dari Arduino IDE dan menjalankan Mission Planner. Lalu alat dijalankan sesuai dengan pengoprasian alat.

a.       Software arduino IDE

Perancangan software, pada bagian pemrograman mikrokontroller dengan menggunakan software Arduino IDE. Pemograman Arduino IDE menggunakan bahasa pemograman bahasa C. Program Arduino sendiri dimulai dengan menginialisasi pin-pin dari mikrokontroler arduino yang akan digunakan oleh sistem dan setelah itu pin-pin tersebut dikontrol sesuai dengan flow chart program. Gambar di bawah ini merupakan potongan dari program yang digunakan.

Gambar. Program Arduino IDE

Gambar. Arduino IDE Upload Program

 

Setelah program selesai dibuat kemudian upload program ke Arduino, Apabila program sudah benar maka terdapat pemberitahuan done compiling yang berarti program yang telah dibuat sudah benar seperti gambar di bawah.

Gambar. Done Program

F.     Pengujian Alat 

Pengujian alat dilakukan untuk mendapatkan data penelitian. Pengujian alat ini dilakukan dengan dua pengujian, yaitu:

1.    Uji Fungsional 

Pengujian alat dilakukan dengan cara menguji setiap bagian-bagian berdasarkan karakteristik dan fungsi masing-masing. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah setiap bagian dari perangkat telah dapat bekerja sesuai dengan fungsi dan keinginan yang akan dibutuhkan.

2.    Uji Unjuk Kerja 

Pengujian unjuk kerja alat sangat dibutuhkan dengan tujuan agar dapat mengetahui unjuk kerja alat. Beberapa hal yang perlu diamati antara lain: rangkaian sensor, rangkaian mikrokontroller. Sehingga apa yang diuji dapat diketahui bagaimana kinerja masing-masing bagian.

G.     Spesifikasi Alat 

Pada pembuatan proyek akhir Prototype Autopilot Pada Mobil Menggunakan Kendali GPS memiliki spesifikasi sebagai berikut:

1.       Sumber tegangan yang digunakan adalah 6V.

2.       Kendali sistem menggunakan Arduino Nano dan Arduino Mega 2560. 

3.       GPS yang digunakan GPS Neo 7. 

4.       Driver motor yang digunakan ESC 20A Brush Motor Speed Controller 1/18 Sca

le RC 

5.       Sensor ultrasonik yang digunakan HCSR04 dan US-015. 

6.       Motor Servo yang digunakan Tower pro MG-90 Metal Servo. 

7.       Batterai Lippo 1500mAh dan 850 mAh. 

8.       3DR Radio V2. 

9.       Buzzer 5VDC. 

10.   Prototipe Mobil 

11.   Bahasa Pemrograman yang digunakan Bahasa C. 

12.   Software yang digunakan Arduino IDE dan Mission Planner.

H.      Tabel Hasil Uji

1.       Pengujian Tegangan UBEC (Stepdown)

2.    Pengujian Tegangan Mikrokontroller

3.    Pengujian Motor Servo

4.    Pengujian Motor DC

5.    Pengujian ESC

6.    Pengujian Sensor Ultrasonik

7.     Pengujian Relay

8.    Pengujian GPS

9.    Pengujian unjuk kerja bagian Sensor Anti Nabrak

10.    Pengujian unjuk kerja bagian misi

I.     Pengoperasian Alat

Pengoprasian alat ini dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut:

1.       Memasang Batterai 7,4 Volt (2 cell) dan menekan saklar pada prototipe mobil untuk menghidupkan prototipe mobil.

2.       Menghidupkan laptop dan membuka aplikasi mission planner.

Gambar. Bagian ToolBox Mission planner

3.    Klik COM5 ganti sesuaikan dengan COM port telemetry, Klik menustrip pada angka 57600 lalu ganti dengan 57600 dan bila sudah sesuai, Klik CONNECT pada ToolBox seperti gambar di atas.

Gambar . Tampilan Mission Planner Setelah Connect

4.    Setelah klik CONNECT, tunggu beberapa menit sampai tampilan muncul seperti gambar diatas.

Gambar. Kondisi Prototipe Mobil

5.    Pastikan prototipe mobil pada kondisi hold seperti gambar di atas, untuk melakukan settingan mode autopilot

Gambar. Bagian Menu ToolBox Mission planner

Gambar. Bagian Menu ToolBox Action pada flight plan

6.    Klik FLIGHT PLAN seperti gambar 36, lalu Klik GoogleMap ganti sesuai kebutuhan seperti gambar diatas.

Gambar. Sample Jalur Autopilot pada Prototipe Mobil

7.    Bikin jalur sesuai dengan keinginan, seperti contohnya pada gambar 38, setelah selesai setting comand jalur dari pertama sampai akhir dengan waypoint.

8. Klik Write WPs dan setelah dikllik pastikan kembali dengan klik Read WPs apakah sudah sesuai dengan jalur setelah mengklik tombol Write WPs.

9. Setelah selesai menyetting jalur autopilot pada mobil lalu klik tombol FLIGHT DATA 

Gambar. Bagian Menu ToolBox Actions pada flight data

10.    Setelah selesai mengsetting mission planner letakan mobil pada posisi home (H), lalu klik Actions pada flight data . Setelah itu ganti hold menjadi auto bila sudah siap klik tombol Set mode maka otomatis mobil akan berjalan sesuai dengan koordinat yang sudah diatur.

NAMA : MUH. UMAR

NIM : 20192205022