rancang bangun perangkat telemetri radio 433 mhz untuk transmisi

RANCANG BANGUN PERANGKAT TELEMETRI RADIO 433
MHZ UNTUK TRANSMISI DATA GAMBAR
Rhobby Maulana(1), Suherman(2)
Konsentrasi Teknik Telekomunikasi, Departeman Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU)
Jl Almamater, Kampus USU Medan 20155 Indonesia
e-mail : [email protected]
Abstrak
Penginderaan jauh merupakan salah satu aplikasi sistem telemetri yang populer pada
saat ini. Penggunaan mikrokomputer Raspberry Pi mempermudah design perangkat
remote untuk pengambilan citra gambar. Tulisan ini mengkaji penggunaan sistem
radio 433 MHz sebagai link perangkat remote. Dari pengujian melalui transmisi
encoded dan rekontruksi data gambar diperoleh bahwa transmisi gambar
dengan resolusi 680x480 menghasilkan persentasi loss yang meningkat
terhadap jarak transmitter dan receiver. Pada jarak 50 m, 100 m dan 200 m
diperoleh loss berturut – turut 1,65%, 1,89% dan 2,17%. Hasil rekonstruksi
gambar dari data yang diterima memberikan nilai PSNR 28,06 dB . Hal ini
menunjukkan perangkat telemetri yang telah dirancang pada frekuensi 433
MHz dapat digunakan sebagai sistem telemetri gambar.
Kata kunci : Telemetri, 433 MHz, transmitter, receiver.
1. Pendahuluan
Dalam
dunia
telekomunikasi
nirkabel, spektrum frekuensi adalah hal
yang sangat penting karena dengan
spektrum
inilah
data
dapat
ditransmisikan.
Perkembangan
teknologi jaringan nirkabel membuat
banyak perusahaan atau organisasi yang
menggunakan teknologi komunikasi
radio menjadi lebih efisien karena
hanya menggunakan media gelombang
radio. Pemanfaatan frekuensi radio 433
MHz sangat bermanfaaat untuk
penggunaan sistem telemetri berbasis
citra digital. Penginderaan jauh
merupakan salah satu aplikasi sistem
telemetri tersebut yang paling populer
pada saat ini.
Pemanfaatan frekuensi radio 433
MHz bermanfaaat salah satunya untuk
penggunaan sistem telemetri berbasis
citra digital. Salah satu aplikasi
penginderaan jauh adalah untuk
inventarisasi sumber daya alam,
pengamatan dan pemetaan permukaan
bumi serta monitoring perubahan
lingkungan.
2. Tinjauan Pustaka
Frekuensi 433 MHz termasuk dalam
spesifikasi kanal Industrial, scientific
and medical (ISM) yang ditujukan
untuk aplikasi lokal dalam dunia
industri, pengujian ilmu pengetahuan,
dan aplikasi kedokteran [1].
Operasi narrowband dari radio 433
MHz yang berada pada sub-GHz
memungkinkan rentang jarak transmisi
mencapai jarak dalam orde beberapa
kilometer dengan kebutuhan daya kecil.
Ditinjau dari konsumsi daya, frekuensi
433 MHz memerlukan energi lebih
rendah
setiap
bitnya
dibanding
frekuensi yang lebih tinggi.
2.1 Sistem Tranceiver Telemetri
Sistem transmitter/receiver yang
disebut sebagai Transceiver pada
dasarnya berfungsi sebagai pengirim
dan penerima. Tranceiver remote
mengirimkan data hasil pengolahan
gambar dengan citra keabuan yang
terenkapsulasi
oleh
protokol
komunikasi serial ke ground segment.
2.2 Sistem Antena Mini
Antena mini yang digunakan pada
sistem radio 433 MHz kebanyakan
bertipe helix dan memiliki bentuk
geometri seperti pegas dengan diameter
lilitan serta jarak antar lilitan berukuran
tertentu seperti ditunjukkan pada
Gambar 1.
Contoh konektor SMA ditunjukkan
pada Gambar 2.
Gambar 2. Bentuk Konektor SMA [3].
2.4 Komunikasi Serial
Komunikasi serial menawarkan
berapa kelebihan dibandingkan secara
paralel, antara lain [4] :
a. Kabel komunikasi serial bisa lebih
panjang dengan jumlah serat kabel
lebih sedikit.
b. Sistem
tertanam
banyak
menggunakan komunikasi serial,
sehingga lebih mudah melakukan
antarmuka.
3. Metodologi Penelitian
Gambar 1. Bentuk geometri antenna
helix [2].
Sistem
telemetri
yang
dikembangkan pada penelitian ini
merupakan sistem telemetri tanpa
kabel, menggunakan gelombang radio
sebagai medium transmisi data, dan
data yang dikirimkan adalah gambar
periodik. Adapun pemodelan sistem
telemetri seperti pada Gambar 3.
2.3 Konektor Mini
Konektor yang digunakan sistem
radio 433 MHz banyak memanfaatkan
konektor mini, salah satunya SubMiniature connector versi A (SMA).
Konektor semi-presisi ini menggunakan
kabel coaxial dengan mekanisme
kopling tipe sekrup dan memiliki
impedansi 50 Ω, banyak digunakan
sebagai penghubung modul radio dan
antena.
Konektor SMA bekerja pada sinyal
DC sampai 18 GHz. Sesuai apabila
digunakan sebagai konektor RF.
Gambar 3. Pemodelan sistem telemetri
[5].
Citra digital dapat diperoleh dalam
dua bentuk: raw data dan encoded data.
Encoded data memanfaatkan teknologi
kompresi agar data gambar yang
ditransmisikan maupun yang disimpan
memiliki kapasitas yang lebih kecil.
Kompresi JPEG, GIF dan PNG adalah
hasil kompresi raw data.
3.1 Konfigurasi Perangkat Telemetri
Konfigurasi yang akan dilakukan
pada
penelitian
ini
mencakup
konfigurasi perangkat yang digunakan
baik pada perangkat keras dan
perangkat lunak yang ditunjukkan pada
Gambar 4.
3.2 Remote Unit Controller
Raspberry Pi memiliki sistem
BCM2835 Broadcom pada sebuah chip
(SoC), yang terdiri dari ARM1176JZFS 700 MHz processor, Video Core IV
GPU, dan dilengkapi dengan RAM
512 MB [6]. Konfigurasi Raspberry Pi
ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Konfigurasi Rasberry Pi[6].
3.3 Interkoneksi Perangkat
Gambar 4. Diagram Koneksi Perangkat
Pada sisi ground station melibatkan
konfigurasi antara komputer dengan
port USB serial (modul 3DR radio 433
MHz), konfigurasi pengujian, dan
konfigurasi
software
analisis.
Konfigurasi tersebut ditunjukkan pada
Gambar 5.
Interkoneksi yang merupakan
keterhubungan antar jaringan dapat
diartikan menjadi sebuah jaringan
terhubung yang menggunakan sebuah
jalur koneksi. Adapun interkoneksi
dari sistem telemetri ini ditunjukkan
pada Gambar 7.
Gambar 7. Interkoneksi Perangkat
4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Analisis Daya
Gambar
5.
Konfigurasi
Telemetri.
Perangkat
Pengujian dilakukan dalam tiga
kondisi. Kondisi pertama adalah
kondisi standby dimana Raspberry Pi
dicatu menggunakan baterai melalui
kabel power micro USB. Kedua
kondisi kirim data dimana Raspberry
Pi dihubungkan dengan Modul RF
3DR Radio 433 MHz. Ketiga kondisi
kirim data tambah perangkat USB
Webcam Logitech c110, ditunjukkan
pada Gambar 8.
4.3 Analisis Koneksi GUI
Pengujian
dilakukan
untuk
mengetahui keberhasilan melakukan
login
melalui
GUI
MATLAB
ditunjukkan Gambar 10.
Gambar 10.
Gambar 8.
Pengujian
Daya.
Konsumsi
Penurunan daya tahan baterai
dipengaruhi waktu paruh baterai akibat
penggunaan secara terus-menerus.
4.2 Analisis Koneksi Langsung
Pengujian
koneksi
langsung
digunakan menggunakan protokol
komunikasi TCP/IP melalui kabel
LAN ditunjukkan pada Gambar 9.
Pengujian Koneksi GUI
MATLAB
Menunjukkan hasil yang baik dengan
7 kali berhasil dan 3 gagal.
4.4 Analisis
Jarak
Koneksi
Terhadap
Pengujian ini dilakukan untuk
mengetahui hubungan koneksi radio
terhadap jarak LOS ditunjukkan pada
Gambar 11
Gambar 11. Pengujian Koneksi Jarak
Gambar 9. Pengujian Koneksi
Kualitas
link
menggunakan
protokol TCP/IP sangat baik.
Menunjukkan hasil yang baik
hingga jarak 350 m dalam keadaan
masih terkoneksi.
4.5 Analisi Data LOS
Pengujian
dilakukan
dengan
mengubah jarak antara perangkat
pengirim dan penerima ditunjukkan
pada Gambar 12.
Gambar 12.
4.7 Hasil Pengujian Format Data
Pengujian
capture
data
berdasarkan ukuran file format ekstensi
berbeda ditunjukkan Gambar 14.
Pengamatan Data LOS
Posisi referensi sebesar 0%, posisi
50 m sebesar 2.75%, 100 m sebesar
2.25% dan 200 m sebesar 4.5% adalah
selisih disebabkan pengaruh jarak.
4.6 Hasil
dan
Analisis
Terhadap Waktu
Data
Pengujian capture data terhadap
waktu menggunakan perangkat lunak
RealTerm dan Free Stopwatch sesuai
dengan ketentuan ditunjukkan pada
Gambar 13.
Gambar 13.
20.14 kb, jarak 100 m sebesar 18.57 kb
dan jarak 200 m sebesar 17.86 kb.
Gambar 14. Pengujian Capture Data
Berdasarkan Format File
Pada referensi selisih sebesar 225
kb. Pada file ukur pengiriman radio
selisih sebesar 314.7 kb.
4.8 Hasil dan Analisis Penyisipan Bit
1010
Pengujian Data dengan penyisipan
bit 1010 yang dikirimkan oleh
perangkat telemetri ditunjukkan pada
Gambar 15.
Pengujian Capture Data
Data referensi dengan besar file
3.57 kb, jarak pengiriman 50 m sebesar
Gambar 15. Pengujian penyisipan bit
1010.
Persen loss jarak 50m sebesar
1.65%, 100 m sebesar 1.89%, 200 m
sebesar 2.17% dari 500 kb data yang
dikirimkan.
Menunjukkan
selisih
sebesar 0.24% antara jarak ke 100 m,
jarak 100 ke 200 m sebesar 0.28%.
4.9 Hasil Rekontruksi Data
Data gambar yang berupa deret
disusun menjadi matriks 480x480
kemudian diubah lagi menjadi data
grayscale yang akan dijadikan gambar
ditunjukkan pada Gambar 16.
telemetri yang sangat dibutuhkan pada
saat sekarang ini, antara lain :
a. Pada penyisipan bit 1010 dari 100
paket data yang diterima ada 2
paket data yang error.
b. Gambar
raw
grayscale
menunjukkan PSNR sebesar 28.06
dB terhadap gambar aslinya.
c. Perangkat
telemetri
mampu
mengirimkan data gambar tanpa
adanya proses kompresi, ekonomis
dan tidak memerlukan perangkat
repeater tambahan untuk transmisi
data gambar.
Daftar Pustaka
Gambar 16. Hasil rekontruksi data.
Pengujian menunjukkan bahwa
nilai PSNR antara gambar rekontruksi
raw grayscale terhadap gambar
grayscale asli sebesar 28.06 dan RGB
sebesar 19.71 dB, sedangkan PSNR
antara gambar grayscale terhadap
gambar asli RGB sebesar 61.97 dB.
Nilai PSNR dibawah 30 dB
mengindikasikan kualitas yang rendah
dan 40 dB berkualitas tinggi.
5. Kesimpulan
Berdasarkan perangkat telemetri
yang telah dirancang mampu bekerja
sesuai dengan penggunaan sistem
[1] Telemetry Group RF Systems
Committee," Telemetry ™ Systems
Radio Frequency (RF) Handbook",
Secretariat Range Commanders
Council U.S. Army White Sands
Missile Range, 2008.
[2] Carr Joseph J, "Practical Antenna
Handbook",
McGraw-Hill
Companies, 2001.
[3] Santoso
Nurhadi
Budi,
"Perekayasaan Sistem Antena",
Kementerian Pendidikan Dan
Kebudayaan Republik Indonesia,
2013.
[4] Nelson
Mark,
"Serial
Communications
Developer's
Guide", Wiley, 1999.
[5] Carden Frank, Russell P. Jedlicka,
Robert Henry, "Telemetry Systems
Engineering", ARTECH House,
2002.
[6] Partner Kevin, "Ultimate Guide To
Raspberry
Pi",
MAGBOOK,
Dennis Publishing Ltd, 2013.