MODULSISTEM TELEMETRI RADIO

Erlandy Dwinanto, Muhammad Arief, Adam Mubarok, Nanda Tumangger, Ginna Permata, Heldi Alfiadi

10210083, 10210091, 10210036, 10210064, 10210082, 10210004Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia

E-mail: erlandy.dwinanto@gmail.com

Asisten: Mahdi Mahendra/10209015Edi Parlindungan /10209104

Tanggal Praktikum : 06-03-2013

AbstrakTujuan utama dari percobaan ini adalah untuk menentukan tegangan referensi dari ADC dan membandingkannya terhadap referensi, menentukan frekuensi sampling an throughput rate ADC. Pada percobaan sistem telemetri ini akan digunakan stasiun ukur dan stasiun kontrol, dengan perantaranya be rupa saluran transmisi, yang dalam percobaan ini menggunakan gelombang radio FM.Pada percobaan akan dikirimkan 10 variasi data digital, data tegangan analog, data temperatur, dan 4 variasi data frekuensi sinyal AC. Selanjutnya data yang diperoleh diolah dengan membandingkan data yang terbaca, data digital, dan data seletah diproses. Dengan membuat perbandingan tersebut ke dalam bentuk grafik maka dapat dicari beberapa nilai yang ingin diperoleh. Analisis akan membahas mengenai pentingnya sistem telemetri pada bidang industry dan penelitian, serta kelebihan sistem telemetri dengan medium udara. Terakhir akan disimpulkan nilai dari besaran-besaran yang diperoleh dari percobaan.Kata Kunci: Analog to Digital Converter (ADC ), Least Significant Bit (LSB), Mikrokontroler, Modem.

I. PendahuluanPercobaan sistem telemetri radio ini

memiliki tiga tujuan yaitu yang pertama untuk menentukan tegangan referensi dari ADC (Analog to Digital Converter) yang digunakan, kedua menentukan frekuensi sampling (sampling frequency) ADC, dan yang terakhir adalah menentukan throughput rate ADC.

Telemetri adalah sebuah teknologi yang memungkinkan pengukuran data dilakukan pada jarak jauh[1]. Kata telemetri sendiri berasal dari bahasa Yunani yang terdiri dari kata tele yang berarti jauh dan metron yang berarti pengukuran. Sistem telemetri secara garis besar dapat dibagi ke dalam tiga blok utama, yaitu blok sumber data, blok transmisi, dan blok penerima/pengolah data. Sementara berdasarkan fungsinya dapat dibagi menjadi dua yaitu stasiun ukur dan stasiun pengolah data. Berikut ini adalah diagram blok dari stasiun ukur dan stasiun pengolahan data:

Gambar 1. Blok diagram Stasiun ukur.

Gambar 2. Blok diagram stasiun kontrol

Analog to digital converter atau biasa dikenal dengan ADC adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengkonversi suatu nilai analog yang kontinu (biasanya berupa tegangan), menjadi bilangan digital diskrit sebelum dikirimkan ke mikrokontroler atau komputer. Beberapa karakteristik ADC yang biasa digunakan adalah resolusi, sampling

Multiplekser ADCSensor

MikrokontrolerModemPemancar

Penerima Modem Mikrokontroler/Komputer

rate/frequency, dan least significant bit (LSB). Resolusi adalah banyaknya nilai diskrit yang dapat dihasilkan pada skala tegangan tertentu. Sampling rate/frequency dari ADC menunjukan banyaknya sampel sinyal analog yang diambil per satuan waktu, persamaannya adalah :

= 1210 (1)Sementara least significant bit (LSB) adalah resolusi terkecil yang dinyatakan secara elektrik dalam satuan volt, dimana persamaannya dapat dituliskan sebagai :

= (2)Sehingga

() = (2 1) (3)dengan

= (2 1) (4)dan

= (5)Keterangan :a = gradien grafik n = jumlah bit ADC

Sedangkan untuk temperatur, pengkonversian nilai temperatur telemetri dari nilai nilai tegangan digital dan tegangan referensi ADC adalah :

= (2 1) (10) (6)Modem adalah alat yang berfungsi

memodulasi sinyal digital dari ADC ke dalam suatu sinyal karier analog dengan frekuensi/amplitudo/fasa tertentu yang merepresentasikan data digital. Dalam praktikum ini digunakan modem dengan jenis frequency shift keying (FSK). Sinyal karier yang digunakan dalam percobaan ini adalah gelombang radio, oleh karena itu digunakan sistem pemancar FM dan radio penerima FM superheterodyne.

Gambar 3. Diagram blok radio penerima superheterodyne[2].

Mikrokontroler yang digunakan pada percobaan ini adalah mikrokontroler C8051F006, yang memiliki beberapa kelebihan antara lain sudah terdapat ADC 12 bit, DAC 12 bit, multiplexer, dan PGA (power gain amplifier) dalam satu chip.

II. Metode PercobaanBerikut ini akan dijelaskan langkah-

langkah yang perlu dilakukan dalam melakukan percobaan ini. Pertama-tama siapkan stasiun ukur dan stasiun kontrol serta komputer. Atur agar channel pada stasiun ukur dan stasiun kontrol sama (0 atau 1), setelah itu pilih setting pada stasiun ukur, dan pastikan bahwa sudah memilih pilihan untuk menyimpan data (save). Jika sudah, pilih input lalu tekan enter pada pilihan data digital. Atur posisi mikrokontroler sedemikian rupa dan jika sudah tekan send. Pastikan data sudah terkirim. Lakukan pengiriman untuk 10 variasi data digital. Untuk data terakhir ke-10 tekan send sebanyak 2 kali. Selanjutnya lakukan untuk tegangan analog dengan mengatur potensiometer (10 variasi) untuk 2 input, masing-masing 10 variasi. Setelah itu data temperatur (10 variasi), dan terakhir sinyal AC pada frekuensi 1 KHz, 2 KHz, 4 KHz, dan 6 KHz. Untuk frekuensi pilih pilihan output.

Seluruh proses pengiriman data pengukuran di atas dari stasiun ukur ke stasiun kontrol (mikrokontroler), dilakukan pada mode 0 yaitu mode MC - RF. Selanjutnya proses untuk proses pengambilan data dari mikrokontroler ke komputer ganti menjadi mode 2 yaitu mode PC - MC. Jika sudah ganti

mode 2 dan program elkahfi 200 sudah dijalankan tekan tombol file explorer untuk mengecek data yang ada, lalu download fileuntuk mengambil data ke komputer. Jika sudah simpanlah data tersebut.

Hipotesis pada percobaan ini adalah terdapat selisih nilai antara data yang terbaca langsung (tegangan, temperatur, frekuensi) dengan data desimal dari mikrokontroler yang dikirimkan melalui sistem telemetri, sehingga terdapat kesalahan data atau error. Selain itu diperkirakan pula bahwa besarnya selisih nilai berbanding lurus dengan besar nilai data yang dikirimkan, atau dengan kata lain gradien pada grafik kesalahan linearisasi pengukuran adalah postif.

III. Data dan Pengolahan1. Digital Data In

Tabel 1. Tabel Digital Data In.No Data dikirim

(digital)Data

diterima (digital)

Kesalahan

1 0 0 02 198 198 03 190 190 04 1 1 05 2 2 06 3 3 07 4 4 08 5 5 0

9 12 12 010 15 15 0

Jumlah Data Salah 0% Kesalahan 0 %

2. Analog In-0

Gambar 4. Grafik hubungan VRTU - Vdesimal.

apabila menggunakan model persamaan :f(x) = p1*x + p2

diperoleh koefisien:p1 = 0.0005861 (0.0005859, 0.0005863)p2 = -0.000636 (-0.001081, -0.0001905)

dengan menggunakan persamaan (4) maka diperoleh nilai Vref adalah 2.4000795 V.

Sementara itu, dengan menggunakan persamaan (2) dan persamaan (3) maka dapat diperoleh grafik V - VRTU dan grafik U - VRTUsebagai berikut:

Gambar 5. Grafik kesalahan linearisasi pengukuran tegangan.

Gambar 6. Grafik kesalahan linearisasi pengukuran tegangan (LSB).

3. Temperatur InDengan menggunakan persamaan (6)

maka dapat diperoleh data TTele yang jika dibuat ke dalam tabel menjadi :

Tabel 2. Tabel Data temperatur In

T RTU (C) T Digital T Tele (C) T (C)30 512 30.00832 0.00832

30.12 514 30.12554 0.0055431.76 542 31.76662 0.00662

32 546 32.00106 0.0010632.11 548 32.11828 0.0082833.11 565 33.11465 0.0046533.17 566 33.17326 0.0032634.81 594 34.81434 0.0043433.87 578 33.87658 0.0065847.23 806 47.23966 0.00966

Jika dibuat dibuat grafik T RTU - T Tele , maka akan dihasilkan kurva sebagai berikut :

Gambar 7. Grafik hubungan TRTU - TTele.

Apabila digunakan persamaan (2) hanya saja untuk temperatur, maka dapat dibuat grafik T - TRTU sebagai berikut :

Gambar 8. Grafik kesalahan linearisasi temperatur.

4. FrekuensiDengan menggunakan persamaan (1) maka dapat diperoleh fsampling untuk masing-masing frekuensi (1 KHz, 2 KHz, 4 KHz, dan 6 KHz) :

Tabel 3. Tabel Data frekuensi .frekuensi

(KHz)Sampling time (s)

fsamplin g(Hz)

1 0.006008 19634.620512 0.005917 19936.579494 0.005962 19786.116 0.006156 19162.57

Berikut ini adalah grafik dari hasil penerapan Fast Fourier Transform (FFT) terhadap data digital yang diperoleh dari percobaan :

Gambar 9. Grafik f reku ensi - Imabs(FFT) 1KHz

Gambar 10. Grafik f rekuensi - Imabs(FFT) 2KHz

Gambar 11. Grafik frekuensi - Imabs(FFT) 4KHz

Gambar 12. Grafik frekuensi - Imabs(FFT) 6KHz

Dari Gambar (9)-Gambar (12) yang merupakan grafik frekuensi terhadap Imabs (FFT) dapat diperoleh nilai frekuensi hasil pengukuran telemetri yaitu nilai frekuensi disebelah kiri dari dua buah puncak kembar dengan amplitudo tertinggi. Hal itu berarti jika dilihat dari Gambar (9)-Gambar (12), berturut-turut frekuensi hasil pengukuran telemetri adalah 0.1 x 104 Hz, 0.2 x 104 Hz, 0.4 x 104 Hz, dan 0.6 x 104 Hz yang sesuai dengan frekuensi pengukuran langsung. Terakhir nilai throughput rate ADC apabila dirangkum dalam bentuk tabel :

Tabel 4. Tabel Throughput Rate ADC

frekuensi (KHz) samplingtime (s)Throughput Rate (Ksps)

1 0.006008 21.3052 0.005917 21.6334 0.005962 21.4696 0.006156 20.793

IV. PembahasanPada percobaan pengiriman data

digital, tidak ditemukan kesalahan transfer data melalui telemetri, semua data dikirim dan data diterima nilainya sama, sehingga tingkat kesalahannya adalah 0%.

Dari percobaan pengiriman data analog berupa tegangan dapat diperoleh nilai tegangan referensi dari grafik hubungan VRTU -Vdesimal [Gambar 4]. Tegangan referensi dari ADC berbanding lurus dengan gradien dari kurva grafik tersebut, dalam percobaan ini diperoleh nilai Vref adalah 2.4000795 volt, sementara nilai Vref yang diperoleh dari datasheet C8051F006 adalah 2.4 volt. Hal ini berarti nilai tegangan referensi yang diperoleh pada percobaan sangat dekat dengan nilai referensi, hanya selisih 7.95 x 10-5 volt atau 0.003%. Kesalahan linearisasi ADC dari datasheet C8051F006 adalah maksimal sebesar 1 LSB, sementara nilai least significant bit (LSB) dari percobaan pengiriman data analog tegangan adalah 0.000417582 volt, oleh karena itu selisih antara nilai tegangan terbaca langsung dengan nilai tegangan dari telemetri yang berkisar antara 0.00015851 - 0.00088080 volt masih dapat dianggap normal.

Perbedaan antara data temperatur yang dibaca langsung dengan data temperatur melalui telemetri berdasarkan data linearisasi ADC dari datasheet C8051F006 adalah juga sebesar 1 LSB. Karena dalam percobaan ini sensor temperatur yang digunakan adalah LM35, berarti perbedaan temperatur sebesar 1 C menghasilkan perbedaan tegangan sebesar 10 mV, sehingga besar nilai 1 LSB untuk data temperatur adalah 0.00420757 C. Kesalahan atau selisih nilai temperatur lebih besar dari 1 LSB atau 0.000420757 C dapat disebabkan oleh adanya gangguan atau noise pada saat transmisi data, terutama gangguan dalam bentuk gelombang elektromagnetik karena medium transimisi yang digunakan dalam percobaan ini adalah udara dengan menggunakan karier berupa gelombang radio FM. Selain itu pada percobaan ini selisih antara nilai tegangan atau temperatur yang

dibaca langsung dengan yang data yang diterima telemetri hanya berbeda sedikit diakibatkan pada percobaan ini jarak antara stasiun ukur dan stasiun kontrol tidak terlalu jauh, apabila jarak keduanya diperbesar, maka selisihnya dapat menjadi lebih besar.

Dengan melihat grafik frekuensi -Imabs(FFT) untuk masing-masing besar frekuensi [Gambar (9) - Gambar (12)], dapat diperoleh frekuensi hasil pengukuran telemetri, yaitu nilai frekuensi disebelah kiri dari dua buah puncak kembar dengan amplitudo tertinggi, adalah 1 KHz, 2 KHz, 4 KHz, dan 6 KHz. Nilai tersebut adalah nilai kasar dari grafik pada saat berada di puncak sebelah kiri, karena jarak antara nilai frekuensi yang masih terlalu lebar jaraknya, sehingga untuk menentukan secara pasti masih ditemukan kesulitan. Secara umum, nilai frekuensi dari hasil pengukuran telemetri akan sama dengan hasil pengukuran langsung untuk frekuensi-frekuensi yang hampir sama antara frekuensi gelombang radio FM dan frekuensi AC dan perbedaan kedua nilai tersebut akan semakin besar untuk beda frekuensi tinggi. Hal ini disebabkan syarat terjadinya modulasi gelombang informasi oleh karier, yang dalam hal ini adalah gelombang radio FM, adalah kedua gelombang harus memiliki frekuensi yang hampir sama, jika tidak maka dapat terjadi distorsi informasi.

Aplikasi dari sistem telemetri pada bidang industry dan penelitian sangat banyak, salah satu contohnya pada bidang industry yaitu untuk memonitor jumlah bahan bakar dalam suatu tangki. Dalam penggunaannya digunakan sensor hidrostatik yang dapat menunjukkan level ketinggian dan bahan bakar yang proporsional dengan jumlah bahan bakar pada tangki. Medium transmisi yang digunakan dapat menggunakan jaringan telepon GSM, sehingga tidak memerlukan instalasi kabel telepon. Sedangkan pada bidang penelitian sistem telemetri dapat digunakan untuk memonitor kondisi cuaca pada suatu daerah yang terpencil dan medan yang sulit ditempuh, tentunya dengan menggunakan sensor-sensor yang

berhubungan, contohnya sensor tekanan, temperatur, ataupun kelembaban untuk menangkap besaran-besaran fisis, sebelum dikirim melalui medium transmisi menuju stasiun kontrol.

V. Simpulan1. Tegangan referensi, Vref , yang diperoleh

dari hasil percobaan adalah 2.4000795 volt, berbeda 7.95 x 10-5 dibandingkan nilai Vrefpada datasheet C8051F006.

2. Frekuensi sampling dari ADC yang digunakan dalam percobaan berkisar antara 19162.57 Hz sampai 19936.57949 Hz.

3. Throughput rate dari ADC yang digunakan dalam percobaan berkisar antara 20.793 sampai 21.633 Ksps dengan nilai maksimum throughput rate dari datasheet adalah 100 Ksps.

VI. Daftar Pustaka[1] Telemetry: Summary of concept and rationale. NASA. NASA Technical Reports Server.[2] http://1.bp.blogspot.com/-3xMIyrKoCaU/Tbv3viqVPeI/AAAAAAAACLY/AnVAjBHBh1w/s1600/Gambar%2B2-742209-785732.jpg (Diakses pada 8 Maret 2013 22.55)