PEMANFAATAN MODUL TRANSMITTER-RECEIVER UNTUK PENGUKURAN TELEMETRI UNSUR-UNSUR CUACA
YUDI TRIAWAN SEPTIADHI
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011
ABSTRACT YUDI TRIAWAN SEPTIADHI. Utilization of Transmitter-Receiver Module For Telemetry Measurement Elements of Weather. Supervised by Ir. Bregas Budianto, Ass.Dpl. Telemetry is transfer of information at a certain radio frequency of the transmitter to the receiver system with air intermediaries. Telemetry system will be useful for the measurement process with the direct method requires measuring device is placed in a location difficult to monitor at all times. A universal transmitter-receiver modules in available the market have different characteristic and specifications depend on manufacturers. The antenna is modified to maximize the distance of data transmission. The separation time between the incoming data is detected down to 0.32 second and the minimum signal pulse length can be detected by the module is 0.3 second. The farthest distance of data transmission obtained after modifying the antenna is 260 meters, maximum results are obtained if the modification is only made to any one of the modules. Faulty measurement due to timming conflict and power supply instability are about 3 % of the whole measurement. Key words : antenna, telemetry, transmitter system, receiver system.
ABSTRAK YUDI TRIAWAN SEPTIADHI. Pemanfaatan Modul Transmitter-Receiver Untuk Pengukuran Telemetri Unsur-Unsur Cuaca. Dibimbing oleh Ir. Bregas Budianto, Ass. Dpl. Telemetri merupakan bentuk perpindahan informasi dalam suatu frekuensi dari sistem pengirim ke sistem penerima dengan perantara udara. Sistem telemetri dapat menjadi solusi bagi proses pengukuran dengan metode lansung yang mengharuskan alat pengukur diletakkan pada lokasi yang sulit dipantau setiap saat. Modul-modul transmitter-receiver sederhana yang ada dipasar elektronik memiliki karakter dan spesifikasi yang berbeda sesuai dengan keinginan produsen. Modifikasi yang dilakukan terhadap antena dilakukan untuk memaksimalisasi jarak pengiriman data. Kecepatan respon tombol yang didapat saat pengujian sebesar 0.32 detik serta panjang pulsa sinyal yang dapat dideteksi oleh modul minimal sepanjang 0.3 detik. Jarak tempuh pengiriman data terjauh yang didapat dari memodifikasi antena adalah 260 meter, hasil maksimal ini diperoleh jika modifikasi hanya dilakukan terhadap satu modul saja. Data hasil dari kesalahan pengukuran yang masuk akibat dari masuknya data secara bersamaan dan terjadinya ketidakstabilan tegangan memiliki proporsi sekitar 3 % dari keseluruhan data. Kata kunci : antena, telemetri, sistem pemancar, sistem penerima.
PEMANFAATAN MODUL TRANSMITTER-RECEIVER UNTUK PENGUKURAN TELEMETRI UNSUR-UNSUR CUACA
YUDI TRIAWAN SEPTIADHI G24053034
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Geofisika dan Meteorologi
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011
KATA PENGANTAR Puji serta syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas segala nikmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir dengan judul ”Pemanfaatan Modul Transmitter-Receiver Untuk Pengukuran Telemetri Unsur-Unsur Cuaca” sebagai syarat memeperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Meteorologi Terapan, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penulis ingin berterimakasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis sampai Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Ucapan terimakasih penulis ucapkan kepada: 1. Kepada keluaga tercinta, kedua orang tua, kedua kakak, dan semua saudara penulis atas do’a, kasih sayang, dan dukungannya selama ini. 2. Bapak Bregas Budianto, sebagai Pembimbing Skripsi atas bantuan serta bimbingan selama penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Heny Suharsono, sebagai Pembimbing Akademik atas arahan, dukungan, serta bimbingannya selama penulis menyelesaikan studinya di IPB. 4. Bapak Yon Sugiarto, sebagai dosen penguji atas bantuan dan saran dalam penulisan Tugas Akhir ini. 5. Ibu Rini Hidayati, sebagai Ketua Departemen dan Alm. Bapak Imam Santosa atas dukungannya. 6. Bapak Sugino, sebagai kepala Lembaga Pusat Penelitian Kelapa Sawit Rangkas Bitung atas bantuannya selama penulis melakukan penelitian di lokasi. 7. Seluruh staf Departemen Geofisika dan Meteorologi (Kang Aziz, Teh Wanti, Mbak Icha, Mang udin, Pak Soepono, Pak Khoirun, Pak Badrudin, Pak Djun, dan Bu inda) atas bantuannya selama ini. 8. Kepada Devita Ristanti atas bantuan tenaga, moril, serta semangatnya selama ini. 9. Kepada seluruh teman seperjuangan di bengkel (Apit, Indra, Franz, Wiranto, Shandy, Fahdil, Oki, Tia, Wenny, dan Yasmin) atas bantuan dan sarannya. 10. Kepada semua teman-teman di Aida dan Balio (Andhika, Tria, Bonang, Conq, Zainul, Ridwan, Eko, Deni, Samba, Arif) atas bantuan, dukungan, semangat, dan hiburannya selama ini. 11. Kepada seluruh anggota GFM 42 atas persahabatan, dukungan, dan keceriaan yang takkan terlupakan sampai kapan pun. 12. Kepada seluruh adik dan kakak kelas yang telah sangat membantu selama penulis menyelesaikan Tugas Akhir nya. 13. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan studi yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan pada penyusunan Tugas Akhir ini, untuk itu diharapkan kritik dan saran yang membangun untuk kedepannya. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dan menjadi masukan bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, September 2011 Yudi Triawan Septiadhi
i
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Medan pada tanggal 3 September 1987 dari pasangan Drs. Djemdjem Djamil, MM dan Dra. Rahayuningsih. Penulis merupakan anak ketiga dari tiga bersaudara (Sintiadhi Heryuliawan (Alm.) dan Herdiyan Setiadhi). Penulis memulai pendidikan formal di TK Islam Pematang Siantar tahun 1991-1993, kemudian melanjutkan pendidikan di SD Taman Asuhan Pematang Siantar sebelum pindah ke SDN 2 Meulaboh pada tahun 1993-1995 dan melanjutkan pendidikan di SDN Bogor Baru pada tahun 1995-1999. Penulis melanjutkan studi nya di SMP Bina Insani pada tahun 1999-2002 dan tahun 2002-2005 di SMA Bina Insani. Tahun 2005 penulis masuk IPB melalui jalur USMI dan setahun kemudian diterima pada program studi Meteorologi Terapan, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam Himpunan Profesi HIMAGRETO sebagai anggota Departemen Ketatalaksanaan Kegiatan Khusus masa jabatan 2006/2007 dan Kepala Departemen Ketatalaksanaan Kegiatan Khusus masa jabatan 2007/2008.
ii
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL..............................................................................................................
Halaman v
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................................
v
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................................
v
I. PENDAHULUAN .........................................................................................................
1
1.1 Latar Belakang ................................................................................................
1
1.2 Tujuan Penelitian ............................................................................................
1
II. TINJAUAN PUSTAKA ...............................................................................................
1
2.1 Telemetri .........................................................................................................
1
2.1.1 Frekuensi Radio ...................................................................................
1
2.1.2 Sistem Pemancar (transmit) .................................................................
2
2.1.3 Sistem Penerima (receive) ...................................................................
2
2.2 Modul Transmitter-Receiver Komersial .........................................................
2
2.3 Antena.............................................................................................................
3
2.3.1 Random Wire Antenna .........................................................................
3
2.3.2 Perhitungan Panjang Antena ................................................................
3
III. METODOLOGI............................................................................................................
3
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .........................................................................
3
3.2 Alat dan Bahan ................................................................................................
3
3.3 Metode Penelitian............................................................................................
4
3.3.1 Uji Karakteristik Modul dan Pengiriman Data ....................................
4
3.3.2 Aplikasi Alat dalam Pengukuran .........................................................
4
3.3.3 Uji Kecepatan Reaksi Tombol Modul..................................................
4
3.3.4 Uji Panjang Pulsa Sinyal......................................................................
5
3.3.5 Persiapan Pengujian .............................................................................
5
3.3.5.1 Persiapan Rangkaian Astable Free Running ..........................
5
3.3.5.2 Persiapan Rangkaian Blok Delay ...........................................
5
3.3.5.3 Persiapan Rangkaian Monostable ..........................................
5
3.3.6 Jarak Jangkau Pengiriman Data ...........................................................
5
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................................
5
4.1 Pemanfaatan Modul.........................................................................................
5
4.1.1 Karakteristik Modul Tipe 1 (Seri YCJSCON-4PC) .............................
5
4.1.2 Karakteristik Modul Tipe 2 (Seri TDL-T70) dan Tipe 3 (Seri CDT8L)........................................................................................................
6
4.2 Aplikasi Alat dalam Pengukuran.....................................................................
6
4.2.1 Uji Kecepatan Reaksi Tombol Modul dan Uji Panjang Pulsa .............
9
4.3 Maksimalisasi Jarak Jangkau Pengiriman Data...............................................
9
4.3.1 Percobaan.............................................................................................
10
iii
DAFTAR ISI (Lanjutan) 4.3.1.1 Modifikasi Pada Modul Receiver (Penerima) .......................
10
4.3.1.2 Modifikasi Pada Modul Transmitter (Pemancar) ...................
10
V. KESIMPULAN DAN SARAN.....................................................................................
11
5.1 Kesimpulan .....................................................................................................
11
5.2 Saran................................................................................................................
11
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................
11
iv
DAFTAR TABEL Nomor Halaman 1. Penamaan Pita Frekuensi Gelombang Radio .......................................................... 2 2.
Spesifikasi Modul Transmitter-Receiver Komersial...............................................
2
3.
Contoh Kejadian Data Masuk dalam Satu Waktu...................................................
9
DAFTAR GAMBAR Nomor Halaman 1. Skema Dasar Model Telemetri Frekuensi Radio .................................................... 1 2.
Jalur Sistem Telemetri ............................................................................................
3.
Beberapa Contoh Produk yang Ada di Pasar Elektronik. (a) Modul transceiver
2
Seri YCJSCON-4PC, (b) Modul Transceiver Seri TDL-T70, (c) Modul Receiver CDT-8L...................................................................................................................
2
4.
Diagram Blok Rangkaian Elektronik Sistem Telemetri..........................................
4
5.
Diagram Alir Uji Kecepatan Reaksi Tombol Modul ..............................................
4
6.
Diagram Alir Uji Panjang Pulsa Sinyal ..................................................................
5
7.
Sistem Kerja Rangkaian..........................................................................................
6
8.
Ilustrasi Denah Pengamatan....................................................................................
6
9.
Pemasangan Sistem Rangkaian Transmitter pada Titik Ukur.................................
7
10.
Grafik Contoh Data Hasil Kesalahan Pengukuran yang Masuk kedalam Penyimpan Data......................................................................................................
11.
Beberapa Contoh Hasil Pengamatan yang Dilakukan Saat Aplikasi. (a) Suhu Udara,
12.
7
(b) Kelembaban Udara, (c) Radiasi Udara, (d) Pengamatan Suhu
Udara Selama Satu Minggu ....................................................................................
8
Grafik Hasil Percobaan Modifikasi Antena Dengan Beberapa Perlakuan ..............
10
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Halaman 1. Diagram Alir Penelitian .......................................................................................... 13
v
I. PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Informasi cuaca dapat diperoleh dari pengukuran secara langsung maupun otomatis (Stasiun Cuaca Otomatis). Kedua metode tersebut tentunya harus didukung oleh instrumentasi yang sesuai. Belakangan Stasiun Cuaca Otomatis dipilih sebagai metode yang lebih baik karena dinilai lebih praktis. Sejauh ini sistem pada SCO (Stasiun Cuaca Otomatis) yang ada menyimpan data pengukuran pada titik dimana SCO diletakkan. Hal ini menyebabkan informasi yang didapat tidak dapat di akses secara cepat jika titik pengukuran berada dilokasi yang jauh. Penelitian ini diawali dengan adanya permasalahan penelitian iklim mikro pada kebun teh dengan titik pengukuran yang banyak dan jarak yang jauh. Penyimpan data yang diletakkan di setiap titik akan menjadi tidak efektif dan mengeluarkan biaya lebih. Sistem pengiriman data dengan menggunakan nirkabel (sering disebut telemetri) dengan penekanan biaya sekecil mungkin menjadi solusi terbaik permasalahan ini. Hal ini dikarenakan sistem telemetri akan mempermudah proses metode pengukuran langsung yang mengharuskan alat pengukur diletakkan pada lokasi yang sulit ditinjau langsung setiap saat, sehingga pengamat tidak perlu pergi ke lokasi untuk mengambil data. Adanya modul-modul sederhana dengan sistem telemetri (transmitter-receiver) dapat dimanfaatkan sebagai pendukung solusi di atas. Aplikasi teknologi telemetri untuk keperluan pengukuran parameter cuaca sudah sering dilakukan sejak dulu. Teknologi telemetri jarak jauh pertama kali di gunakan pada tahun 1987, pada saat itu sinyal elektrik mengirimkan data cuaca dari Mont Blanc ke Paris dengan jarak sekitar 485 km. Teknologi ini kemudian digunakan di Panama pada tahun 1913-1914 dan 1920 untuk pemantauan tinggi muka air sekaligus pengatur gerak jembatan. Sejak tahun 1931 Perancis sudah menggunakan radio telemetry dalam pengukuran parameter cuaca ketika beberapa balon kecil yang diterbangkan mengirimkan data seperti suhu, tekanan udara, kelembaban udara ke stasiun yang berada di darat. Penentuan kontur wilayah dan pengukuran iklim sangat sulit dilakukan pada daerah yang kondisi kemiringan tanahnya variatif dan kondisi fisik atmosfer yang fluktuatif, karena penentuan titik ukur yang
cukup luas harus dilakukan untuk kelengkapan informasi. Dari beberapa teknologi yang dapat di adaptasi, teknologi dengan menggunakan sistem telemetri dapat menjadi salah satu solusi (Johnson, et.al. 2002). Pada aplikasi pengukuran suhu dengan menggunakan sistem telemetri, kendala sering terjadi pada perawatan alat dan pengkonversian suhu oleh sensor . Hal ini disebabkan instalasi alat pada tempat yang tidak mungkin manusia untuk melakukan pengukuran secara lansung pada jarak yang dekat. 1.2
Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan sistem pengiriman sinyal data ke data logger dari kabel menjadi nirkabel dengan memanfaatkan modul telemetri komersial yang harganya terjangkau. II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Telemetri Secara pengertian bahasa telemetri merupakan bentuk perpindahan informasi dalam frekuensi tertentu dari sistem pengirim ke sistem penerima tanpa media langsung (Resources Inventory Committee, 1998). Telemetri menjadi teknologi satelit untuk penelitian ruang angkasa, komunikasi, meteorologi, dan penggambaran sumber daya alam sejak 1970.
Gambar 1. Skema dasar model telemetri frekuensi radio Sumber : RF System Committee (Telemetry Group) 2008. 2.1.1 Frekuensi Radio Frekuensi radio adalah gelombang elektromagnetik yang menjalar dengan baik di sebuah ruang dan merupakan dasar dari berbagai macam sistem komunikasi. Gelombang radio dari berbagai macam frekuensi tidak hanya digunakan untuk radio saja, tetapi dapat dimanfaatkan oleh televisi, radar, sistem navigasi, dan jenis alat komunikasi lainnya termasuk sistem telemetri.
1
Tabel 1. Penamaan Pita Frekuensi Gelombang Radio
Modul Transmitter-Receiver Komersial Modul transmitter-receiver yang dijual di pasar elektronik memiliki berbagai macam jenis dan karakter sesuai dengan penggunaannya. Spesifikasi dan karakter yang diberikan oleh produsen tidak diberikan secara detail. Produk-produk yang di pasarkan sebagian besar merupakan produk yang digunakan untuk pengendali pagar otomatis dan remote untuk mobil. 2.2
2.1.2 Sistem Pemancar (transmit) Sistem pemancar merupakan hal yang pasti ada di suatu sistem telemetri. Baik berupa sistem sederhana maupun sistem yang lebih rumit. Sistem ini sebagai bentuk awal berlangsungnya sistem telemetri, karena informasi dari suatu titik dikirimkan berupa gelombang elektromagnetik pada frekuensi tertentu menggunakan sistem pemancar. (a)
Gambar 2. Jalur sistem telemetri Ada dua komponen utama dalam sistem ini, yaitu pemancar itu sendiri dan antena disamping unsur pemasangan dan penyelarasan alat. Antena merupakan bagian dari sistem ini yang berfungsi sebagai radiator gelombang radio. 2.1.3 Sistem Penerima (receive) Sistem penerima mendapat data dari sistem pemancar. Data yang diterima sebisa mungkin bebas dari faktor eror yang mungkin terjadi pada saat data dikirim dari pemancar maupun pada saat diterima oleh sistem penerima (RF System Committee 2008). Sama dengan sistem pemancar, ada dua komponen utama yang ada pada sistem pemancar, yaitu antena dan alat penerima itu sendiri. Disini antena berguna sebagai penerima gelombang radio sedangkan pada alat penerima memiliki berbagai elemen fungsi. Diantaranya adalah penyelaras frekuensi yang dikombinasikan langsung dengan antena, penyaring data, penerjemah data, dan penghitung data sehingga mudah diolah menjadi sebuah produk informasi pada saat masuk ke sistem komputasi.
(b)
(c) Gambar 3. Beberapa contoh produk yang ada di pasar elektronik. (a) Modul transceiver seri YCJSCON-4PC, (b) Modul transceiver seri TDLT70, (c) Modul receiver CDT-8L. Tabel 2. Spesifikasi Modul TransmitterReceiver Komersial
2
2.3
Antena Antena merupakan sebuah transduser yang dirancang untuk mengirim atau menerima gelombang elektromagnetik. Dalam hal ini antena akan mengkonversi gelombang elektromagnetik menjadi arus listrik atau sebaliknya. Antena secara praktis dapat mentransmisi dan menerima sinyal frekuensi radio, seperti radio dan televisi. Di udara, perjalanan sinyal terjadi sangat cepat dengan gangguan transmisi yang sangat rendah. Secara fisik, antena merupakan susunan satu atau lebih konduktor yang dalam konteks ini disebut elemen. Pada sistem transmisi, arus dibuat dalam unsur-unsur dengan menerapkan tegangan pada terminal antena dan menyebabkan unsur-unsur untuk memancarkan medan elektromagnetik. Ada dua jenis pola dasar antena pengarah yang mengacu pada dua dimensi tertentu (Hanafi 2006): 1. Omni-directional (memancar dengan kekuatan yang sama ke semua arah), seperti sebuah batang vertikal pada bidang horizontal. 2. Directional (memancar dengan kuat pada satu arah saja). 2.3.1 Random Wire Antenna Antena dengan model Random Wire merupakan antena yang dirancang dengan menggunakan kawat kabel yang sangat panjang (setidaknya seperempat dari panjang gelombang) dengan salah satu kabel terhubung ke sumber radio dan yang lainnya berada di ruang bebas. Keberadaan kabel pun dapat diatur dengan bebas disesuaikan dengan ruang yang tersedia. Konstruksi dari antena ini idealnya dibuat sebisa mungkin memanjang lebih tinggi dari pepohonan dan juga bangunan. Proses lilitan kabel (untuk menyesuaikan dengan ruangan) bisa dilakukan, namun dapat mengurangi efektifitas dan akan membuat analisis teoritis menjadi sangat sulit. Menambah panjang kabel akan lebih membantu dibanding melakukan lilitan pada kabel. 2.3.2 Perhitungan Panjang Antena Seorang perancang antena harus memperhitungkan rancangannya sesuai dengan aplikasi yang akan dilakukan, biasanya antena dirancang sesuai dengan bahan dan tempat yang ada, juga dibuat untuk beroperasi pada rentang frekuensi yang relatif sempit untuk memperkecil resiko gangguan. Sebuah antena yang umum adalah sebuah
batang vertikal seperempat dari panjang gelombang panjang (Hanafi 2006). Rumus penghitung panjang antena sederhana untuk model Random wire antenna (Safi’i 2009): 984 ( feet ) f ( MHZ )
atau : 300 f ( MHZ )
( meter )
Rumus di atas diperoleh dari kecepata rambat gelombang radio di ruang bebas yaitu 983,573 kaki per detik, atau 299,793 meter per detik dan dibulatkan menjadi 300 meter per detik yang dihitung dari jarak antar periode. Sehingga ketika ingin menghitung panjang antena dengan ukuran setengah panjang gelombang (biasa dilakukan) dapat langsung menggunakan rumus :
491,8 f ( MHZ ) atau : 2
2
150 f ( MHZ )
( feet )
(meter )
Adanya perbedaan kecepatan rambat gelombang radio di udara terhadap suatu penghantar, maka dalam menghitung panjang fisik antena pada umumnya masih harus dikurangi reduction factor sebesar ±5%. III. METODOLOGI 3.1
Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan mulai bulan April 2009 di Workshop Instrumentasi Meteorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. 3.2
Alat dan Bahan Alat-alat dan bahan yang digunakan adalah: 3 Tipe modul transmitter-receiver sederhana dengan seri produk YCJSCON4PC, TDL-T70, dan CDT-8L. Kabel tunggal tembaga Komponen – komponen elektronika Perlengkapan workshop mekatronik Alat ukur elektronika (Digital Volt Meter / DVM) Perangkat interface 14 kanal input / output (USB port) workshop instrumentasi
13
Aki / baterai kering 12 volt 3.3
Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap sesuai dengan flowchart penelitian (lampiran 1). 3.3.1 Uji Karakteristik Modul dan Pengiriman Data Pengujian dilakukan untuk melihat apakah sistem telemetri yang terdapat pada modul transceiver tipe 1 (seri YCJSCON4PC),2 (seri TDL-T70), dan 3 (seri CDT-8L) dapat dimanfaatkan dengan baik dalam pengiriman sinyal data sesuai dengan sistem yang diinginkan sekaligus melihat karakter yang dimiliki oleh masing-masing tipe modul. Tipe modul ini dibagi sesuai dengan waktu perolehan modul ini di pasar elektronik Pengujian dilakukan baik secara manual maupun dengan menggunakan rangkaian elektronik tambahan. Saat menggunakan rangkaian tambahan, modul di operasikan dengan menggunakan rangkaian astable free running. 3.3.2 Aplikasi Alat Dalam Pengukuran Diagram pada gambar 4 merupakan blok rangkaian elektronik yang digunakan dalam
aplikasi alat sebagai sistem pengiriman dan penerimaan data dengan menggunakan sistem telemetri setelah melakukan tahap-tahap uji coba pada modul. 3.3.3 Uji Kecepatan Reaksi Tombol Modul Pengujian dilakukan untuk melihat berapa cepat respon tombol pada modul, sehingga dapat diketahui waktu minimum tombol dapat merespon data yang masuk. Pengujian dilakukan dengan menggunakan rangkaian astable free running pada satu kanal saja.
Gambar 5. Diagram alir uji kecepatan reaksi tombol modul
Gambar 4. Diagram blok rangkaian elektronik sistem telemetri
42
3.3.4 Uji Panjang Pulsa Sinyal Pengujian dilakukan untuk melihat berapa panjang pulsa sinyal minimal yang dapat di respon oleh modul. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan astable free running, blok delay , dan rangkaian monostable.
3.3.5.3 Persiapan Rangkaian Monostable Rangkaian ini berfungsi sebagai pengatur panjang pulsa yang dikirim dari rangkaian blok delay. Panjang pulsa yang keluar diatur menggunakan kombinasi dari resistor dan kapasitor. Panjang pulsa yang dihasilkan diatur hingga batas minimal panjang pulsa dapat di respon oleh modul. 3.3.6
Jarak Jangkau Pengiriman Data Salah satu cara pengoptimalan jarak jangkauan adalah dengan memodifikasi bagian antena baik pada modul transmitter maupun receiver. Rumus penghitung panjang antenna (Safi’i 2009):
2
300 2 f ( MHZ )
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1
Gambar 6. Diagram alir uji panjang pulsa sinyal 3.3.5 Persiapan Pengujian 3.3.5.1 Persiapan Rangkaian Astable Free Running Rangkaian free running pada uji ini berfungsi sebagai penghasil pulsa/ sinyal secara kontinu dengan periode interpulse yang divariasikan secara mandiri. Variasi pajang pulsa didapat dari kombinasi antara resistor dan kapasitor. Pulsa sinyal yang dihasilkan diatur dan terus diubah dari frekuensi yang lambat sampai batas minimal kecepatan pulsa sinyal dapat di respon oleh modul. 3.3.5.2 Persiapan Rangkaian Blok Delay Rangkaian ini dipersiapkan untuk pengujian panjang pulsa sinyal dan berfungsi sebagai penunda penghitung pulsa dari astable free running untuk menghasilkan satu pulsa. Setelah pulsa yang didapat dari rankaian astable free running masuk sejumlah 2n maka rangkaian ini akan menghasilkan satu pulsa. Pada uji kali ini rangkaian delay menggunakan IC 4020.
Pemanfaatan Modul Sebelum memanfaatkan modul, dilakukan pengujian seberapa baik sistem yang dimiliki oleh modul tersebut dapat mendukung penelitian. Hal ini dilakukan karena produk modul ini dipasarkan dengan tidak disertai kelengkapan informasi berupa karakter dan spesifikasinya. Pengujian ini dilakukan secara manual (tombol yang ada pada modul transmitter ditekan secara acak sesuai dengan pengujian karakter) dan beberapa ada yang dilakukan dengan menggunakan rangkaian tambahan. 4.1.1 Karakteristik Modul Tipe 1 (seri YCJSCON-4PC) Pengujian modul ini dilakukan untuk melihat beberapa karakter modul, meliputi berfungsi atau tidaknya modul dalam usaha pengiriman data, respon kanal terhadap data yang masuk, dan jarak tempuh perkiraan pancaran untuk melihat sejauh apa modul ini dapat beroperasi secara maksimal. Namun, percobaan ini masih dilakukan secara manual. Hasil dari pengujian modul ini adalah data berupa pulsa sinyal dapat terkirim dan diterima dengan baik oleh modul receiver. Namun ada kendala pada sistem penggunaan kanal yang tersedia, yaitu suatu kanal yang telah dibuka (saat satu tombol ditekan) maka tidak dapat tertutup secara otomatis. Kondisi ini menyebabkan data tidak dapat masuk secara berurutan pada kanal yang sama (saat tombol ditekan berkali-kali) tanpa diselingi
5
masuknya data dari kanal lain (tombol hanya berfungasi saat ditekan secara bergantian). Pada modul ini tidak tersedia opsi mode untuk mengganti sistem kanal. Untuk memanfaatkan modul ini disiapkan rangkaian elektronik agar persoalan tadi dapat di atasi. Rangkaian elektronik ini berupa 2 monostable yang ditambahkan pada modul transmitter. Monostable pertama mengaktifkan jalur utama data masuk dan monostable kedua mengaktifkan jalur lain untuk menutup jalur utama tadi (agar terjadi sistem reset). Satu sinyal yang masuk menjadi trigger aktif bagi kedua monostable. Awalan sinyal menjadi trigger bagi monostable pertama dan akhiran sinyal menjadi trigger bagi monostable kedua. Cara ini sudah dapat mengatasi persoalan tadi, namun modul ini belum dapat digunakan dalam aplikasi karena tidak efektif dan masih besar kemungkinan terjadi eror pada data karena sulit menentukan data yang berasal dari suatu tombol berfungsi sebagai data utama atau reset.
Gambar 7. Sistem kerja rangkaian Terdapat kendala pada saat akan dilakukan percobaan reaksi kanal dengan menggunakan rangkaian elektronik pada modul ini, yaitu modul ini tidak dapat digunakan karena rusak akibat salah penanganan. Penelitian karakteristik modul ini tidak dapat dilanjutkan karena produk yang sama tidak ditemukan kembali di pasar elektronik, sehingga perlu pencarian dan identifikasi yang baru terhadap modul lain yang ditemukan. 4.1.2 Karakteristik Modul Tipe 2 (seri TDL-T70) dan Tipe 3 (seri CDT-8L) Pengujian karakteristik terhadap modul tipe 2 dilakukan dengan metode yang sama dengan modul tipe 1. Didapat informasi bahwa modul tipe 2 lebih mudah, karena data dapat masuk secara beruntun pada satu kanal (tombol ditekan berkali-kali). Keempat kanal yang disediakan dapat dimanfaatkan secara maksimal karena tidak perlu diberikan rangkaian elektronik tambahan seperti pada modul tipe 1, sehingga sangat cocok dengan sistem yang diinginkan untuk aplikasi SCO.
Modul ini pun memberikan opsi mode untuk mengganti karakteristik kanal. Sistem penutup kanal secara otomatis dapat diubah sehingga karakternya sama dengan modul tipe 1. Mode ini dapat di aktifkan dengan cara menahan tombol aktif pada modul receiver hingga lampu detektor berkedip. Modul ini pun digunakan dalam pengujian kecepatan reaksi kanal terhadap data yang masuk dan usaha maksimalisasi jarak jangkau pengiriman data. Modul tipe 3 memiliki karakter yang sama dengan modul tipe 2, hanya saja memiliki jalur data yang lebih banyak (8 kanal). Modul tipe 3 digunakan dalam aplikasi pengukuran dilapangan karena sensor pengukuran yang digunakan cukup banyak dan membutuhkan kanal lebih dari 4. Pada penelitian ini modul ini hanya digunakan pada saat aplikasi pengukuran data iklim mikro. 4.2
Aplikasi Alat Dalam Pengukuran Aplikasi ini dilakukan di Lembaga Pusat Penelitian Kelapa Sawit Rangkasbitung. Modul yang digunakan adalah modul tipe 3 (8 kanal) karena pada percobaan kali ini dibutuhkan 5 jalur data. Pengukuran dilakukan dengan tajuk kelapa sawit pada rata-rata ketinggian 10 m sehingga alat harus diletakkan di ketinggian 10 m. Awalnya jarak antara titik amat dan data logger sejauh ±90 meter. Namun, akibat dari lokasi titik amat yang ternyata merupakan jalur pengangkut hasil kelapa sawit maka titik tersebut tidak dapat digunakan, sehingga jarak titik amat dipindah menjadi lebih dekat, yaitu ±70m.
Gambar 8. Ilustrasi denah pengamatan Modul transmitter dimasukkan kedalam rangkaian elektronik sensor sedangkan modul receiver dimasukkan ke dalam sistem data logger.
6
Gambar 9.
Pemasangan sistem rangkaian transmitter pada titik ukur
Rata-rata data masuk dalam satu hari sebanyak 22.000 data. Data-data tersebut meliputi 2 sensor suhu, 2 sensor kelembaban udara, 2 sensor radiasi, 6 sensor kecepatan angin, dan sensor CO2. Dari keseluruhan data yang masuk ada 9 % yang dikategorikan ke dalam data eror. Data ini didominasi oleh data kecepatan angin dan CO2. Sedangkan data dengan kondisi paling bagus merupakan data dari sensor suhu, kelembaban udara, serta radiasi. Grafik di atas merupakan sebaran nilai keluaran langsung dari sensor. Grafik tersebut memperlihatkan bahwa masih ada data hasil kesalahan pengukuran yang masuk yaitu titiktitik yang berada di luar pola sebaran data. Sedangkan untuk nilai yang berada di kisaran 500 mV merupakan nilai keluaran dari penanda yang dibuat khusus dengan fungsi sebagai selang antara kombinasi nilai suhu udara, kelembaban udara, serta radiasi udara.
Sistem ini dibuat karena nilai dari ketiga sensor ini dikirim secara bergantian melalui satu tombol. Dari data-data yang masuk per hari terdapat sekitar 3 % yang dikategorikan sebagai data hasil dari kesalahan pengukuran. Hasil ini menunjukkan sistem telemetri ini masih memiliki kekurangan dalam sistem pengiriman maupun penerima datanya. Sehingga perlu dikembangkan rangkaian elektronik yang mampu meminimalisasi data hasil kesalahan pengukuran yang masuk, namun dirasa masih layak untuk digunakan dalam berbagai aplikasi mengingat data masuk secara kontinu. Data dari kesalahan pengukuran yang masuk dapat disebabkan oleh adanya tumbukan pada beberapa jalur (data masuk secara bersamaan) sehingga data yang masuk kemudian dapat berupa kelipatan dari data sebelumnya karena modul tidak dapat merespon data yang masuk bersamaan dari beberapa jalur data, dan terjadinya penurunan tegangan baik pada modul transmitter maupun receiver akibat listrik mati maupun gangguan tegangan lainnya, sehingga modul ini dapat ditunjang dengan sistem penyimpan listrik yang stabil agar sistem telemetri tetap berjalan meskipun terjadi gangguan berupa matinya aliran listrik.
Gambar 10. Grafik contoh data hasil kesalahan pengukuran yang masuk ke dalam penyimpan data
7
(a)
(b)
(c)
(d) Gambar 11. Beberapa contoh hasil pengamatan yang dilakukan saat aplikasi. (a) Suhu udara, (b) Kelembaban udara, (c) Radiasi udara, (d) Pengamatan suhu udara selama satu minggu.
108
Gambar 13 a, b, dan c merupakan grafik dari pola pergerakan nilai sensor suhu, kelembaban udara, serta radiasi. Meskipun belum di konfersi ke dalam satuan dari masing-masing parameter namun gambaran dari grafik tersebut telah memberikan pola yang sesuai dengan kondisi alam sebenarnya. Gambar 13 d merupakan contoh hasil dari pengambilan data selama satu minggu. Data suhu yang diperoleh dirasa sudah menggambarkan bagaimana kondisi perubahan suhu udara di titik pengukuran selama satu minggu. Aplikasi pengukuran yang dilakukan memiliki beberapa masalah. Ada indikasi bahwa modul tidak dapat merespon data yang masuk dengan waktu yang cepat dan ada kemungkinan panjang pulsa sinyal yang pendek pun tidak dapat di respon. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengujian terhadap kecepatan respon tombol modul dan panjang pulsa sinyal yang dapat di respon oleh modul. 4.2.1 Uji Kecepatan Reaksi Tombol Modul dan Uji Panjang Pulsa Kedua uji ini dilakukan dengan menggunakan modul tipe 2, dengan asumsi terdapat kesamaan karakter antara modul tipe 2 dan 3. Tabel 3. Contoh Kejadian Data Masuk dalam Satu Waktu
Data pada tabel 3 merupakan beberapa contoh kejadian data tumbukan pada saat aplikasi. Dari data tersebut didapat bahwa modul dapat merespon data 3 kali dalam satu detik. Data yang masuk berasal dari kanal yang berbeda sehingga ingin dilihat pula karakter kecepatan reaksi kanal jika data masuk pada satu kanal saja. Pengujian kecepatan reaksi antar tombol pun dilakukan dengan menggunakan rangkaian astable free running dan dilakukan hanya pada satu kanal. Hasil pengujian ini adalah modul dapat merespon sinyal kiriman tiap tombol dengan selang waktu minimal 0,32 detik. Sehingga jika ada sinyal yang masuk bergantian dengan selang
waktu kurang dari 0.32 detik, maka sinyal tersebut tidak akan terdeteksi oleh transmitter. Dari pengujian panjang pulsa sinyal yang dilakukan dengan menggunaan rangkaian astable free running dan monostable didapat bahwa modul receiver merespon sinyal dari modul transmitter dengan panjang minimal 0,3 detik. Sehingga lebih baik menggunakan monostable sebagai penentu panjang sinyal pada tiap tombol transmitter, meskipun transmitter dapat mengirim data tanpa monostable. Pengujian ini membuktikan bahwa jika data yang masuk pada satu kanal dalam satu detik hanya dapat merespon 2 data saja. 4.3
Maksimalisasi Jarak Jangkau Pengiriman Data Modul transceiver RF yang tersedia di pasaran memiliki daya pancar dan daya tangkap yang berbeda-beda. Hal ini tergantung pada frekuensi dan beberapa pengaturan yang dilakukan oleh produsen modul. Beberapa parameter mempengaruhi yang performa transmitter, yaitu resonansi frekuensi, impedansi, gain, radiation pattern, juga polarisasi. Pada modul yang ada, semua parameter di atas sudah diatur oleh si pembuat modul sebagai bentuk perlindungan informasi rangkaian yang menyebabkan kita sulit untuk menambah rangkaian serupa guna mengubah daya pancar. Ada metode lain yang dapat digunakan untuk membuat daya transceiver dalam modul ini menjadi labih baik, yaitu memodifikasi bentuk fisik antena pada modul. Dalam penelitian ini dilakukan modifikasi pada antena menggunakan tipe Random Wire Antenna, karena bentuk modifikasinya yang sangat sederhana. Pada awal penelitian dilakukan perhitungan panjang antena untuk pengukuran kabel yang dipersiapkan. Perhitungan panjang antenna: 300 2 f ( MHz ) 300 2 x 315
2 2
=
0,4761 m
=
47,61 cm
Panjang antena menjadi : 47,61 – (5% x 47,61) = 45,23 cm
9
Gambar 12. Grafik hasil percobaan modifikasi antena dengan beberapa perlakuan Nilai 300 yang tercantum pada rumus merupakan kecepata rambat gelombang radio di ruang bebas yakni 299,793 meter per detik. 4.3.1 Percobaan Setelah mendapatkan cara perhitungan panjang antena, maka percobaan kembali dilakukan terhadap transmitter maupun receiver (gambar 12). 4.3.1.1 Modifikasi Pada Modul Receiver (Penerima) Pengujian modifikasi antena terhadap modul receiver dilakukan dengan menggunakan modul tipe 2. Pengujian ini dilakukan untuk melihat seberapa jauh modifikasi terhadap antena dapat dimanfaatkan. Pengujian dilakukan secara manual, yaitu tombol pada modult transmitter ditekan secara bergantian dengan panjang pulsa yang tidak diketahui. Antena yang digunakan adalah kabel tunggal tembaga. Komponen relay pada modul receiver telah dilepas, dan sebagai pengganti indikator masuk tidaknya sinyal digunakanlah lampu LED (Light Emitting Diode). Hal ini dilakukan karena diperkirakan ada sela waktu antara sinyal yang diterima dengan reaksi komponen relay sehingga deteksi sinyal masuk lebih cepat. Pada saat percobaan dilakukan, data jarak dicatat saat diperoleh titik dimana
jarak maksimal sinyal masuk dengan jelas (tidak terputus-putus). Hasil modifikasi antena receiver dengan perlakuan antena direntangkan (grafik warna biru tua) menunjukkan adanya peningkatan jarak jangkauan sekitar 8 % pada setiap penambahan panjang antena 45 cm. Jarak jangkauan yang diraih dapat mencapai sekitar 260 m. Hasil percobaan ini pun menegaskan adanya potensi penambahan jarak tempuh pengiriman data dengan metode modifikasi panjang antena ini. Percobaan dengan perlakuan panjang antena dililitkan merupakan usaha untuk melihat potensi jarak tempuh dengan bentuk antena yang efisien meskipun ada kemungkinan jarak tempuh menjadi lebih pendek. Antena dililitkan menyerupai bentuk spiral pada pegas. Perlakuan ini menjadikan panjang antena tidak memenuhi terlalu banyak tempat, sehingga terlihat lebih rapih. Hasil dari percobaan ini (grafik warna kuning) menunjukkan adanya penyusutan jarak sekitar 27 % dibandingkan sebelumnya. 4.3.1.2 Modifikasi Pada Modul Transmitter (Pemancar) Pengujian ini dilakukan dengan metode yang sama dengan pengujian modifikasi pada modul receiver. Pada gambar 12 (grafik warna ungu) dapat dilihat adanya
10
peningkatan jarak pada setiap penambahan panjang antena 45 cm rata-rata sebesar 11 %. Jarak jangkauan yang diraih dapat mencapai sekitar 260 m yang berarti sudah melampaui jarak jangkauan normal. Hasil percobaan dengan perlakuan antena dilingkarkan (grafik warna biru muda) menunjukkan adanya perubahan jarak tempuh yang menjadi lebih pendek sekitar 14 %. Perlakuan ini memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan perlakuan antena yang dililitkan pada modifikasi antena receiver. Berdasarkan hasil percobaan di atas, diketahui bahwa jarak tempuh menjadi optimal pada saat antena dimodifikasi sebesar tiga kali dari perhitungan panjang antena, sehingga ada kemungkinan jarak tempuh menjadi lebih optimal ketika modifikasi dilakukan terhadap kedua modul secara bersamaan. Untuk mengetahui itu dilakukan pengujian dengan memodifikasi panjang antena pada kedua modul dengan panjang 135 cm. Jarak jangkauan dari perlakuan tersebut adalah sekitar 230 meter. Hasil ini menunjukkan bahwa jarak jangkauan tidak menjadi lebih optimal jika dibandingkan dengan hasil dari pengujian modifikasi salah satu modul saja. Hal ini diperkirakan harus ada perhitungan sendiri terhadap kombinasi panjang antena dari masing-masing modul. Kendala pun terjadi pada pengukuran jarak jangkau ini. Modifikasi antena seharusnya dapat dilakukan melebihi 3 kali lipat panjang antena hitungan. Hal ini dilakukan untuk melihat potensi maksimal jarak jangkau modul sehingga dapat digunakan secara lebih maksimal pada saat aplikasi. Namun, uji ini tidak dilanjutkan karena lahan yang menjadi ukuran jarak jangkau tidak tersedia melebihi 260 m jalur lurus dan terbuka.
diantaranya adalah kecepatan respon antar tombol sebesar 0.32 detik, kemudian panjang pulsa sinyal transmitter yang dapat terdeteksi oleh modul minimal sepanjang 0.3 detik, dan dengan menggunakan metode modifikasi antena pemancar, jarak tempuh dapat mencapai 260 ± 1 meter. Hasil modifikasi antena paling maksimal adalah ketika dilakukan terhadap salah satu modul receiver atau transmitter saja. Modul yang ada dapat digunakan dalam pengambilan data dengan sistem telemetri, meskipun pada saat aplikasinya masih cukup banyak terdapat kesalahan pengukuran dengan proporsi sekitar 3% dari keseluruhan data. Data kesalahan pengukuran ini dapat disebabkan oleh adanya tumbukan pada beberapa jalur (data masuk secara bersamaan) sehingga data yang masuk kemudian dapat berupa kelipatan dari data sebelumnya, dan terjadinya ketidakstabilan tegangan pada modul transmitter maupun receiver. 5.2
Saran Perlu adanya pemanfaatan teknologi sederhana lain yang dapat dikembangkan menjadi sistem telemetri yang lebih efektif serta penggunaan metode lain terhadap modifikasi antena akan memberikan informasi lebih terhadap hasil jangkauan pengiriman data. Pengujian terhadap jarak jangkau pengiriman data juga dilakukan ditempat yang ketersediaan jalur panjangnya lebih jauh. VI. DAFTAR PUSTAKA Bits-n-Pieces. 2011. Telemetry 69. http://bits-npieces.hubpages.com/hub/tele (diakses 29 Agustus 2011) Hanafi,
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
D. 2006. Gelombang Elektromagnetik. ORARI daerah jakarta. Jakarta.
Kesimpulan
Sistem pengukuran telemetri dengan menggunakan frekuensi radio dapat dilakukan dengan memanfaatkan modul transceiver sederhana yang mudah diperoleh, sehingga jika dikembangkan dapat menjadi sebuah sistem pengirim dan penerima data-data pengukuran yang baik. Modul yang digunakan memiliki beberapa karakteristik yang harus disesuaikan dengan sistem pengukuran,
Hanafi, D. 2006. Memilih Tipe Antena. ORARI daerah jakarta. Jakarta. Johnson, Benjamin C, Ken I dan Douglas LK. 2002. Integration of Remote Weather Stations with Advanced Telemetry Options And Remote Image Acquisition. University of Alaska Fairbanks.
11
Resources Inventory Committee, 1998. Wildlife Radio-Telemetry. Superior Repro. Vancouver. Safi’I, B. 2009. Antena dan Teori Panjang Gelombang. Jakarta. Shenzhen Anboshi Electronic Technology. CDT-8l 04. http://alibaba.com/productgs/439334888/RF_moduleswireless_controller_wireless_CDT. html. (diakses 18 Januari 2010) Shenzhen Youngcheer Science and Technology. 4 Channels Automatic Door Control (YCJSCON-4PC). http://youngcheer.en.made-inchina.com/product/GqbnvueTsEli/ China-4-Channels-AutomaticDoor-Control-YCJSCON-4PC.html (diakses 18 Januari 2010) Tech-Faq. 2011. Telemetry. http://www.techfaq.com/telemetry.html (diakses 29 Aguatus 2011) Telemetry Group. 2008. Telemetry System Radio Frequency Handbook. New Mexico. TOUDI
Corporation. 2002. TDL-T70. http://www.tuodi.net/pd/t70.html (diakses 18 Januari 2010)
12
LAMPIRAN
Lampiran 1. Diagram Alir Penelitian
13
