LABORATORIUM FISIKA LANJUT PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JALAN GANESHA 10, BANDUNG, 40132, TELEPON (022) 2534161
SISTEM TELEMETRI RADIO PETUNJUK PRAKTIKUM TELEMETRI 1. Siapkan flash disk bebas virus dan satu buah laptop (per kelompok)! 2. Peserta disyaratkan untuk mengisi Tugas Pendahuluan 100% dari seluruh pertanyaan! 3. Sebelum melaksanakan praktikum, praktikan hendaknya telah menguasai dasar-dasar sistem telemetri dan contoh aplikasinya.. TUJUAN PRAKTIKUM
1. 2.
Praktikan memahami cara kerja, komponen pembangun, dan aplikasi sistem Telemetri. Praktikan memahami pengolahan data Telemetri.
ALAT PRAKTIKUM
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Modul RTU (stasiun ukur) 1 buah Modul CTU (stasiun kontrol) 1 buah I/O board 1 buah Adaptor 12 Volt 2 buah Sensor suhu dengan kabel penghubung 1 buah Kabel serial, penghubung antara CTU-PC 1 buah User Manual Elkahfi-200 (dapat diperoleh di : http://bit.ly/elkahfi-200) Flashdisk TAK BERVIRUS dan laptop (minimal satu per kelompok)
DASAR TEORI Telemetri berasal dari kata “Tele” yang berarti jauh dan “Metri” yang berarti pengukuran, dengan demikian telemetri adalah suatu sistem komunikasi untuk transfer data pengukuran jarak jauh yang menggunakan medium transmisi tertentu sebagai “Carrier” data tersebut. Medium yang digunakan dalam praktikum ini adalah gelombang radio. Pada awal perkembangannya, sistem telemetri hanya terdiri dari sebuah sensor, sebuah stasiun ukur, dan sebuah stasiun kontrol kontrol yang digunakan untuk pengukuran dan pemantauan berbagai besaran fisis pada tempat-tempat berbahaya dan sulit dijangkau secara terus menerus, seperti: mengukur aktivitas gunung berapi, pengukuran di dasar laut dalam, dan dan lain-lain. Seiring dengan perkembangan teknologi, sistem telemetri telah banyak dibutuhkan dalam berbagai bidang, mulai dari pendeteksian banjir dengan melibatkan banyak sensor dan beberapa stasiun ukur, pemantauan kadar berbagai gas berbahaya pada beberapa tempat sekaligus, pemantauan spesies satwa tertentu, pemantauan berbagai parameter fisis keadaan beberapa areal pertanian, smart building, dan sebagainya.
Sistem Telemetri Radio
2017
1. KOMPONEN SISTEM TELEMETRI
Sistem telemetri pada praktikum ini terbagi dalam tiga blok besar pembangun sistem, antara lain blok sumber data, blok saluran transmisi, dan blok penerima/pengolah data. Dalam blok sumber data terdapat sistem akuisisi dan sistem kontrol sekunder. Sistem akuisisi terdiri dari Alat Ukur dan Analog to Digital Converter . Sistem kontrol sekunder adalah sistem kontrol yang hanya melakukan aksi/proses kontrol tertentu bergantung pada perintah dari kontrol primer, yang ada pada sisi subyek ukur. Sistem kontrol sekunder ini dipakai untuk mengontrol proses akuisisi data dan antarmuka dengan blok saluran transmisi. Komponen yang dipakai untuk kontrol sekunder adalah mikrokontroller . Saluran transmisi adalah perangkat alat (device) yang dipakai untuk menyalurkan/menghubungkan antara sumber data dan penerima data. Pada blok ini, komponen berhubungan langsung dengan media transmisinya, dan disebut Data Circuitterminating Equipment (DCE). Komponen yang dipakai adalah modem (modulatordemodulator) dan radio pemancar-penerima (radio tranceiver) , dengan media transmisi gelombang radio. Pada blok penerima/pengolah data terdapat modem dan mikrokontroler/komputer. Karena blok ini dan blok sumber data merupakan terminal data, kedua perangkat ini dikenal dengan nama Data Terminal Equipment (DTE). Apabila sistem telemetri ini dibagi berdasarkan fungsinya, maka terdapat dua bagian, yaitu: stasiun ukur dan stasiun pengolah data (stasiun kontrol). Stasion ukur terdiri dari Alat Ukur, Analog to Digital Converter, Mikrokontroler, Modulator-Demodulator, dan Transceiver . Stasiun pengolah data terdiri dari Mikrokontroler /Komputer, Modulator Demodulator, dan Transceiver. 2. SISTEM TELEMETRI
Berikut diagram blok stasiun ukur yang digunakan pada praktikum ini:
Gambar 1. Diagram Blok Stasiun Ukur
Stasiun ukur terdiri atas: sebuah multiplekser, Analog to Digital Converter (ADC), mikrokontroler, modem, dan pemancar-penerima ( transceiver ). Mikrokontroler berfungsi untuk mengatur multiplekser dalam memilih sensor masukan. Masukan dari sensor yang berupa sinyal analog, masuk ke multiplekser untuk dipilih keluaran dari sensor mana yang akan dikirim melalui telemetri. Selanjutnya sinyal analog ini di konversi menjadi data digital oleh ADC dan dikirimkan ke mikrokontroler. Oleh mikrokontroler data pengukuran ini diolah lalu dikirimkan secara serial melalui modem dan dikirimkan ke stasiun kontrol oleh pemancar. Tidak seperti stasiun ukur, stasiun kontrol hanya terdiri atas pemancar-penerima (transceiver), modem dan mikrokontroler/komputer. Stasiun kontrol ini berfungsi sebagai Sistem Telemetri Radio
2017
pusat pengolah data pengukuran dari stasiun ukur. Penggunaan mikrokontroler/komputer pada stasiun kontrol disesuaikan dengan fungsi dan kebutuhan sistem telemetri yang dibangun. Mikrokontroler digunakan jika stasiun kontrol hanya berfungsi mengontrol stasiun ukur dengan sistem kontrol yang sederhana, dengan pengolahan data yang sederhana dan sebagai media penyimpan data sementara. Namun jika dibutuhkan sistem pengontrolan pengolahan data yang rumit, maka di stasiun kontrol diperlukan komputer.
TRANSCEIVER
MODEM
MIKROKONTROLER/ KOMPUTER
Gambar 2. Diagram Blok Stasiun Kontrol
ALAT UKUR
Alat ukur yang dipakai biasanya menggunakan sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran-besaran fisis menjadi besaran list rik (analog) yang sebanding. MIKROKONTROLLER Mikrokontroller digunakan untuk membantu komputer mengkontrol transfer data dari stasiun ukur ke stasiun pengolah data. Pengontrolan itu dimaksudkan untuk mencegah terjadi kesalahan akibat ketidaksiapan alat dalam pengukuran sinyal yang terus-menerus (continue). Pada praktikum ini digunakan mikrokontroller C8051F006 dari Silabs. Dalam mikrokontroller ini, selain core mikrokontroller MCS-51, juga sudah terdapat ADC 12 bit, DAC 12 bit, Multiplekser, dan PGA ( Power Gain Amplifier ). Dengan IC ini, blok multiplekser, ADC dan mikrokontroller sudah terdapat dalam satu chip. ADC (ANALOG TO DIGITAL CONVERTER) Analog to Digital Converter adalah pengubah dari isyarat analog (dari pengukuran) ke isyarat digital yang akan dikirimkan ke mikrokontroller atau komputer. Untuk praktikum ini digunakan ADC SAR 12 bit, dengan Throughput Rate maksimum 100 Ksps, dan tegangan analog input maksimum sebesar 2,4 Volt. MODEM (MODULATOR DEMODULATOR) Modem adalah alat yang memungkinkan dua buah sistem elektronika digital berkomunikasi menggunakan saluran transmisi. Modem adalah perangkat DCE, perangkat yang berhubungan langsung dengan medium transmisi. Melalui medium transmisi, perangkat DCE akan menghubungkan perangkat-perangkat DTE. Untuk keperluan komunikasi tersebut, modem akan mengkonversi sinyal digital menjadi sinyal analog dengan frekuensi/amplitude/fasa tertentu yang merepresentasikan data digital. Pada praktikum ini digunakan modem jenis Frequency Shift Keying (FSK).
Sistem Telemetri Radio
2017
SISTEM PEMANCAR FM
Sistem telemetri ini menggunakan medium transmisi gelombang radio sehingga membutuhkan radio pemancar sebagai pemancar gelombang pembawa ( carrier wave). Sistem pemancar FM pada dasarnya dibangun oleh 3 bagian utama, yaitu osilator lokal, Modulator dan Penguat Daya.
Gambar 3. Diagram Blok Radio Pemancar
RADIO PENERIMA FM
Radio penerima yang dipakai adalah radio penerima superheterodyne , dengan diagram blok ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 4. Diagram Blok Radio Penerima
TUGAS PENDAHULUAN
1. Sebutkan minimal 3 kelebihan dan kekurangan telemetri menggunakan gelombang radio sebagai carrier! 2. Jelaskan perbedaan ADC 8 bit dengan 12 bit, jelaskan pula arti eror 1 LSB dan cara menghitungnya! 3. Jelakan prinsip kerja modem! 4. Jelaskan perbedaan antara modem ASK, PSK, dan FSK! Serta gambarkan sinyal carrier dan sinyal modulasinya! 5. Buatlah flowchart dari setiap percobaan pada modul praktikum ini! 6. Jelaskan perbedaan cara kerja blok diagram pemancar sinyal AM dan FM! PERCOBAAN PRAKTIKUM
1. 2.
Pelajari terlebih dahulu user manual alat! Perhatikan petunjuk dari asisten! Tanyakan hal teknis yang belum dimengerti! Sambungkan I/O board dengan RTU, kemudian hubungkan RTU dengan catu daya.
Sistem Telemetri Radio
2017
Hubungkan CTU dengan catu daya. Lalu masuklah pada bagian setting interface dan pilih mode 0 µC-RF. Setting ini berlaku default apabila CTU baru pertama kali menyala dan setelah di RESET. 4. Pada modul RTU masuklah pada bagian setting untuk mengubah mode penyimpanan data menjadi mode Not Save. 5. Pada RTU masuklah ke bagian input module untuk melakukan percobaan data digital, data analog, dan data temperatur. Untuk tiap percobaan lakukan pengiriman data minimal 10 kali. Setelah itu masuk ke bagian output module dan lakukan pengambilan data frekuensi sebanyak 4 kali. 3.
Percobaan data digital : 6. Atur saklar pada I/O board untuk mengatur nilai digital yang akan dikirim. 7. Pada stasiun ukur catat nilai yang akan dikirimkan, lalu tekan tombol send. 8. Catat data yang diterima pada stasiun kontrol. Percobaan data analog : 9. Atur potensiometer pada I/O board, baca dan catat tegangannya lalu kirimkan data tegangan tersebut. 10. Catat data yang diterima pada stasiun kontrol. Percobaan data temperatur : 11. Sambungkan sensor temperatur ke stasiun ukur. 12. Baca nilai temperatur pada stasiun ukur dan catat nilainya, lalu kirimkan. 13. Lakukan pengiriman data untuk temperatur yang berbeda (10 kali percobaan). 14. Catat data yang diterima pada stasiun kontrol. Percobaan data frekuensi : 15. Pada CTU, hubungkan kabel serial antara CTU dengan COM serial PC, kemudian reset CTU. 16. Pada papan I/O, pastikan saklar frekuensi berada pada posisi F_OUT. 17. Pada modul RTU, masuklah pada bagian setting untuk mengubah mode penyimpanan data menjadi mode Save. 18. Catat nama file yang muncul ketika tombol SAVE ditekan. 19. Tekan ENTER, lakukan setting sehingga masuk ke dalam bagian Output Module -> Frequency Out. 20. Atur nilai frekensi yang akan dikirim degan menggunakan tombol ENTER, UP dan DOWN. 21. Tekan SEND untuk mengirim frekuensi. Stasiun ukur akan mengirim frekuensi, ditunjukan dengan indikator LED pada RTU dan CTU berkedip-kedip dan pada layar, DF-x akan menghitung dari 0-15. 22. Setelah proses pengiriman selesai, LED akan padam dan pada layar muncul : Delivered DFreq. 23. Atur lagi frekuensi untuk pengiriman kedua, dst. Ulangi mulai langkah 20. 24. Lakukan pengambilan data frekuensi sebanyak 4 kali. Catat dan kirimkan frekensi dengan berbagai rentang antara 100 – 9900 Hz ke stasiun pengolah data. 25. Catat data yang diterima pada stasiun kontrol. 26. Setelah semua pengukuran selesai dilakukan, tekan tombol SEND untuk mengakhiri penulisan file pada memori CTU. Pada layar di stasiun ukur, akan muncul tulisan: File Updated
Sistem Telemetri Radio
2017
Pengambilan data yang tersimpan di memori CTU : 27. Untuk mengambil data yang tersimpan pada memori CTU, masuk ke bagian setting interface dan pilih mode 2 PC-µC. 28. Buka program ELKAHFI 200 Telemetry System 29. Pilih Setting Port COM 2 atau COM 4 (lihat di Device Manager pada Control Panel) 30. Pilih View Download File 31. Klik File Explorer, tunggu hingga muncul nama file yang telah dicatat sebelumnya dari modul RTU. 32. Untuk menampilkan file dengan nama X isi Download File dengan nama filenya X lalu klik Download File, 33. Untuk menyimpan file, klik Save File As. PENGOLAHAN DATA 1. Data Digital a. Buat tabel perbandingan data di CTU dan RTU. b. Tentukan banyaknya kesalahan dalam pengiriman data dengan persamaan berikut ℎ % = 2. Data Analog a. buka Microsoft Excel b. Buat grafik hubungan antara input tegangan DC yang dikirimakn terhadap data yang terbaca di stasiun pengolah data dan tentukan gradiennya (a). c. Ubah besaran data di CTU dari HEX menjadi DEC dengan perintah excel berikut: = 2 ( ) d. Cari besaran tegangan referensi dengan persamaan berikut: = (2 − 1) Dengan: a = gradien regresi linear n = bit ADC (12) d. Ubah besaran CTU dari DEC menjadi Volt dengan persamaan berikut: () () = 2 − 1 e. Cari selisih nilai tegangan terukur di CTU dan RTU kemudian plot () sebagai sumbu X dan Δ() sebagai sumbu Y. f. Cari kesalahan pengukuran dalam LSB (Δ) dengan persamaan: Δ(2 − 1) Δ = Dengan: Δ = kesalahan pengukuran (LSB) Δ = kesalahan pengukuran tegangan (Volt) 3. Data Temperatur a. Buka microsoft Excel b. Gunakan perintah 2( ) untuk merubah data tegangan CTU dari HEX menjadi DEC. c. Ubah nilai suhu CTU dari DEC menjadi derajat celsius dengan persamaan berikut: () ( ) = (2 − 1)10 Sistem Telemetri Radio
2017
d. Cari selisih suhu antara RTU dan CTU e. Buat Grafik dengan () sebagai sumbu X dan Δ sebagai sumbu Y. 4. Data Frekuensi a. Buka Microsoft Excel b. Hitung frekeunsi sampling ADC dengan persamaan berikut: = 12.106 () Dengan: = frekuensi sampling ADC X = frekuensi kristal yang digunakkan (11.0592MHz) N = jumlah data tiap pengukuran (128 buah) = Sampling time c. Buat kolom berisi nomor dari 0-127 dan masukan data pengukuran di sebelahnya d. Aktikan fitur Data Analysis. Option>Add-in>toolpack>OK>FourierAnalysis>O, masukan data frekuensi input range dan pilih kolom kosong sebelahnya sebagai output range. e. Hitung nilai hasil Fourier Analysis dengan perintah excel: = ( ) f. Cari nilai frekuensi tiap data dengan persamaan berikut: . = g. Buat grafik dengan sebagai sumbu X dan IMABS sebagai sumbu Y. TUGAS LAPORAN
1. Analisis kesalahan akibat transfer data input digital melalui telemetri! 2. Jelaskan hubungan antar error LSB dengan besaran dari nilai tegangan referensi! 3. Analisis kesalahan antara data temperatur yang dibaca langsung dengan data suhu melalui telemtri! 4. Jelaskan cara mendapatkan harga frekuensi dengan metode di atas! Bandingkan antara frekuensi hasil pengukuran langsung dengan hasil pengukuran melalui telemetri lalu analisis! 5. Berikan ulasan mengenai pentingnya sistem telemtri dibidang industri dan penelitian, serta keuntungan dan kelebihan sistem telemtri dengan medium udara. REFERENSI 1. Roddy, Dennis dan John Coolen, Komunikasi Elektronika, Penerbit Erlangga. Jakarta : 1993. 2. Sutrisno. Elektronika 1 dan 2, Teori dan Penerapannya. Penerbit ITB. Bandung : 1986. 3. Mac Kenzie, I. Scott. The 8051 Microcontroller 2nd Edition. Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey : 1992. 4. M. Miftahul. Munir. Perancangan dan Implementasi Telemetri Multi Stasiun Multi Sensor Menggunakan Dua Frekuensi Pembawa , Proyek Tugas Akhir, Departemen Fisika, Institut Teknologi Bandung, 2003. 5. N. Pancayogo. Perancangan dan Implementasi Telemetri untuk Sistem Sensor Multi Stasiun, Proyek Tugas Akhir, Departemene Fisika, Institut Teknologi Bandung, 2001.
Sistem Telemetri Radio
2017
6. C8051F000/1/2/5/6/7 Mixed-Signal 32KB ISP FLASH MCU Family, CYGNAL Integrated Products, Inc.2003 7. I. Aris, M.Miftahul. Munir, I. Wibawa, Khairurrijal, and M. Djamal, Design and Implementation of Telemetry over Internet, 2002 Asia-Pacific Conference on Communication – Bandung 2002. 8. M. Miftahul. Munir, I. Wibawa, dan Khairurrijal, Desain dan Implementasi Peringatan Dini Bencana Banjir Menggunakan Sistem Telemetri, 2002 Annual Physics Seminar - Bandung. 9. M.Miftahul Munir, Khairurrijal, “Telemetri Radio Multi Stasiun Multi Sensor Menggunakan Dua Frekuensi Pembawa”, Seminar Instrumentasi Berbasis Fisika Bandung 2003. 10. Arif Surachman, Muhammad Miftahul Munir, Asep Suhendi, dan Khairurrijal , “Sistem Telemetri Radio Untuk Pengajaran Sistem Instrumentasi Nirkabel”, Seminar Instrumentasi Berbasis Fisika 2006 - Bandung 2003. 11. ELKAHFI TELEMETRY SYSTEM User Manual, Laboratorium Fisika Lanjut Departemen Fisika ITB, 2005. 12. ELKAHFI-200 TELEMETRY SYSTEM User Manual, Laboratorium Fisika Lanjut Departemen Fisika ITB, 2006. MATA KULIAH TERKAIT
1. FI2104 Elektronika Dasar 2. FI3173 Elektronika Lanjut 3. FI3274 Sistem antar muka dan mikrokontroler
Sistem Telemetri Radio
2017
