Dokumen tersebut merangkum materi workshop drone yang membahas tentang dasar-dasar aerodinamika dan gerakan pesawat tanpa awak, sensor dan sistem kendali penerbangan, sistem komunikasi, serta sistem autopilot.

1. FROM ZERO
TO DRONE
SEMARANG DRONE COMMUNITY WORKSHOP

2. AGENDA
• Dasar Aerodinamika & Pergerakan PesawatTanpa Awak
• Sensor & Sistem Kendali Penerbangan
• Sistem Komunikasi
• Sistem Autopilot

3. DASAR AERODINAMIKA &
PERGERAKAN PESAWAT TANPA AWAK

4. AERODINAMIKA PESAWAT
Thrust
Daya dorong ke depan
yang dihasilkan mesin
pesawat
Drag
Gaya yang dihasilkan oleh
gesekan antara badan
pesawat dengan udara
Lift
Gaya angkat pesawat
yang dihasilkan dari
struktur sayap
Weight
Berat total pesawat

5. GERAKAN DASAR PADA PESAWAT
Roll
Pergerakan pesawat
miring ke kanan atau kiri
dengan sumbu sejajar
badan pesawat
Pitch
Pergerakan pesawat
menunduk atau menengadah
dengan sumbu horizontal
sejajar dengan bentang sayap
Yaw
Pergerakan pesawat menoleh
Ke kanan atau kiri dengan sumbu
vertikal

6. GERAKAN DASAR PADA MULTIROTOR
Multirotor Tampak
Samping
T
front
T rear
Gaya angkat motor
sisi depan
Gaya angkat motor sisi
belakang
Pitch Down = Forward
Gaya dorong motor belakang
lebih besar dibanding motor
depan sehingga multirotor
menunduk dan bergerak maju.
Pitch Up = Backward
Gaya dorong motor depan lebih
besar dibanding motor belakang
sehingga multirotor menengadah
dan bergerak mundur.

7. GERAKAN DASAR PADA MULTIROTOR
Multirotor Tampak
Belakang
T left
T
right
Gaya angkat motor
sisi kiri
Gaya angkat motor sisi
kanan
Roll Left
Gaya dorong motor kanan
lebih besar dibanding motor
kiri sehingga multirotor
miring dan bergerak ke kiri.
Roll Right
Gaya dorong motor kiri lebih
besar dibanding motor kanan
sehingga multirotor miring
dan bergerak ke kanan.

8. GERAKAN DASAR PADA MULTIROTOR
Multirotor Tampak
Atas
Motor kanan depan dan kiri
belakang berputar melawan
arah jarum jam
Motor kiri depan dan kanan
belakang berputar searah jarum
jam

9. GERAKAN DASAR PADA MULTIROTOR
Multirotor Tampak
Atas
Yaw Right
Motor yang berputar berlawanan arah jarum
jam berputar lebih cepat menghasilkan gaya
aksi ke kiri sehingga badan multirotor
mengalami gaya reaksi menoleh ke kanan
Yaw Left
Motor yang berputar searah jarum jam
berputar lebih cepat menghasilkan gaya aksi ke
kanan sehingga badan multirotor mengalami
gaya reaksi menoleh ke kiri

10. SENSOR & SISTEM KENDALI
PENERBANGAN

11. FLIGHTCONTROLLER

12. SISTEM KENDALI PENERBANGAN
Struktur Flight Controller
Central Processing Unit (CPU)
Pusat pemrosesan informasi dalam
Flight Controller
I/O Bus (Jalur data keluar & masuk ke CPU)
Input dari
Receiver
Komunikasi
Telemetry dua
arah
Input dari
Sensor
Output ke
Servo &
Motor
Indikator &
Navigasi
Display,
OSD & Log

13. SISTEM KENDALI PENERBANGAN
Cara Kerja Flight Controller
CPUReceiver Servo & Motor
Sensor
Inti dari proses kerja Flight Controller adalah membandingkan kondisi
pesawat (actual) dengan kondisi yang diinginkan (desired) dan melakukan
pengendalian pada output sehingga posisi pesawat sama atau mendekati posisi
yang diharapkan. Sistem ini sering disebut dengan close loop control system.

14. 3 AXIS GYROSCOPE
Gyroscope
Mendeteksi perubahan posisi
pesawat tanpa awak berdasarkan
3 sumbu putar pitch, roll dan yaw.

15. 3 AXIS ACCELEROMETER
𝑥
𝑦
Horison
Gravitasi
⍺
⍺
Accelerometer
Mendeteksi percepatan yang
dialami oleh pesawat, dari 3 arah
axis (X,Y, Z)
Contoh kalkulasi roll dengan
deteksi percepatan pada sumbu
x & y
tan ⍺ =
#
$

16. 3 AXIS ACCELEROMETER
𝑧
𝑦
Horison
Gravitasi
𝛽
𝛽
Contoh kalkulasi pitch dengan
deteksi percepatan pada sumbu
z & y
tan 𝛽 =
'
$

17. 3 AXIS MAGNETOMETER
𝑥
𝑦
𝜃 Magnetometer
Mendeteksi medan magnet di
sekitar pesawat, dari 3 arah axis
(X,Y, Z)
Contoh kalkulasi direction dengan
deteksi medan magnet pada
sumbu x & y
tan 𝜃 =
#
$

18. BAROMETER
Barometer
Mendeteksi tekanan udara di sekitar
armada dengan membandingkan antara
tekanan di luar sensor dengan tekanan
referensi

19. GLOBAL POSITIONING SYSTEM (GPS)
GPS
Pesawat tanpa awak dapat berkomunikasi dengan
satelit dan memperkirakan jarak antara satelit dengan
armada. Dengan memperhitungkan jarak armada ke
beberapa satelit, dapat dikalkulasi estimasi posisi
armada

20. PROXIMITY SENSOR
Proximity Sensor
Mendeteksi jarak antara sensor dengan obyek di
depannya. Deteksi dilakukan dengan mengukur
durasi dari ketika sinyal dikirimkan hingga sinyal
pantulan diterima sensor.
Proximity sensor dapat dipasang di sisi bawah
armada untuk mendeteksi tanah, sehingga dapat
difungsikan untuk membantu menjaga ketinggian
armada.
Proximity sensor dapat juga dipasang di sisi depan
atau samping armada untuk mendeteksi obyek
lain, sehingga dapat difungsikan untuk membantu
mencegah tabrakan.

21. OPTIC FLOW SENSOR
Optic Flow Sensor
Membaca pergerakan obyek statis di depan
sensor sehingga dapat memperkirakan ke
arah mana pergeseran sensor terhadap
obyek tersebut.

22. STEREOVISION
StereoVision
Membandingkan deteksi dari 2 kamera untuk
memperkirakan posisi dan jarak obyek di depan
armada. Dapat dimanfaatkan untuk menghindari
tabrakan atau tracking dan mengikuti suatu obyek.

23. SISTEM KOMUNIKASI

24. SISTEM KOMUNIKASI
PROTOKOL
• Modulasi kontrol
• I2C
• Serial
NIRKABEL
• Gelombang Elektromagnetik
• Sifat alami gelombang
• Frekuensi yang umum digunakan

25. PROTOKOL TELEKOMUNIKASI
Control / Kendali
PWM (Pulse Width Modulation). Informasi ditransmisikan dalam bentuk lebar gelombang. Semakin tinggi nilai
yang ditransmisikan, semakin lebar gelombangnya. Biasa digunakan antara Receiver ke Flight Controller, Flight
Controller ke ESC maupun ke Servo.
PPM (Pulse Position Modulation). Mirip dengan PWM, hanya saja dalam satu siklus PPM dikirimkan beberapa
gelombang PWM secara berurutan. Satu jalur PPM bisa mengirimkan beberapa kanal PWM sekaligus sehingga
mengurangi penggunaan kanal. Biasa digunakan untuk komunikasi antara receiver ke Flight Controller sehingga
dengan satu jalur komunikasi bisa membawa beberapa kanal sekaligus.
PWM PPM

26. PROTOKOL TELEKOMUNIKASI
I2C (Inter – Integrated Circuit)
Protokol komunikasi dimana dua atau lebih IC
(Integrated Circuit) dapat berkomunikasi langsung
dengan satu IC berfungsi sebagai master dan IC yang
lain sebagai slave. IC master dapat mengakses memori
di dalam IC slave sehingga dapat mengirim informasi
dengan mengubah isi dari memori slave pada alamat
tertentu. Sementara IC slave dapat memberi informasi
pada master dengan mengubah isi memorinya untuk
dibaca master.
Protokol ini sering digunakan Flight Controller untuk
mengakses memory pada sensor seperti
accelerometer, gyro, compass maupun barometer.
Dengan protokol ini satu Flight Controller dapat
berkomunikasi dengan beberapa sensor sekaligus.
IC 1
Master
IC 2
Slave
IC 3
Slave
I2C
Mem IC 2
17FAA9
919FBD
310AA7
Mem IC 3
21BC33
DD7476
EEC889

27. PROTOKOL TELEKOMUNIKASI
PPM
IC 1
Master
Serial
Protokol komunikasi dua arah dengan menggunakan
dua jalur terpisah untuk masing-masing arah
komunikasi.
Biasa digunakan untuk komunikasi antara Flight
Controller dengan GPS, maupun antara Flight
Controller dengan Ground Station baik itu PC,
Notebook maupun perangkat bergerak.
Flight Controller
Tx1 Rx1 Tx2 Rx2
Tx Rx
GPS
Tx Rx
PC

28. KOMUNIKASI NIRKABEL
Amplitudo
Besarnya gelombang elektromagnetik.
Semakin besar amplitudo gelombang,
semakin besar pula daya yang
dipancarkan oleh sinyal.

29. KOMUNIKASI NIRKABEL
Periode
Lamanya durasi satu gelombang penuh
dengan satuan detik.
Frekuensi
Kebalikan dari periode, banyaknya
gelombang yang dipancarkan dalam satu
detik.

30. KOMUNIKASI NIRKABEL
Lambda (Panjang Gelombang)
Gelombang Elektromagnet merambat
dengan kecepatan Cahaya (3x108 m/s),
bila dikalikan dengan periodenya (durasi
satu gelombang) akan didapati panjangnya
gelombang tersebut.

31. KOMUNIKASI NIRKABEL
01010011010100101010110
Bandwidth
Merupakan besaran banyaknya data yang
dapat dikirimkan melalui transmisi
gelombang elektromagnetik.

32. KOMUNIKASI NIRKABEL
Sifat alami Gelombang :
• SemakinTinggi Frekuensi, bandwidth semakin tinggi, namun lambda semakin kecil. Sehingga informasi
yang dikirimkan semakin besar namun jangkauan sinyal semakin dekat.
• Sebaliknya semakin tinggi frekuensi, informasi yang dapat dikirimkan semakin sedikit namun
jangkauan semakin jauh.
• Semakin tinggi daya pancar, akan semakin besar penetrasi gelombang sehingga jangkauan sinyal
semakin jauh.
0 1 0 1 1 0 0 1 1
1 1 1 0 1 0 1
0 1 1 0 1

33. KOMUNIKASI NIRKABEL
Frekuensi yang umum digunakan pada sistem pesawat nirawak :
1. 433 Mhz. Jangkauan paling Jauh namun bandwidth paling kecil. Biasa digunakan untuk transmisi
kontrol atau telemetri jarak jauh.
2. 868 & 915 Mhz. Jangkauan jauh dengan bandwidth yang lebih besar. Biasa digunakan untuk
transmisi kontrol dan telemetri.
3. 1.2 Ghz. Jangkauan masih cukup jauh dan bandwidth besar. Biasa digunakan untuk transmisi video
jarak jauh.
4. 2.4 Ghz. Frekuensi yang paling popular digunakan karena bandwidth yang besar serta bebas
lisensi. Sering digunakan untuk transmisi kontrol yang butuh presisi tinggi, dan telemetri baik data
maupun video.
5. 5.8 Ghz. Frekuensi sangat tinggi dengan bandwidth sangat besar, sehingga sering kali digunakan
untuk mentransmisikan data video maupun memuat transmisi informasi dalam jumlah besar
sekaligus.

34. SISTEM AUTOPILOT

35. FLIGHT MODE : ACRO
Angin
Koreksi
Mode Acro hanya melakukan koreksi bila ada
perubahan posisi (attitude) armada akibat faktor
luar sehingga armada dapat mempertahankan
posisinya. Input dari stick bersifat menambahkan dan
mengurangi kemiringan armada.
Mode terbang ini hanya memerlukan sensor
gyroscope.

36. FLIGHT MODE : AUTOLEVEL
Mode Autolevel mempertahankan armada pada
posisi mendatar. Setiap kali menerima input dari
stick, pesawat akan miring ke arah stick, dan ketika
stick kembali ke posisi netral, pesawat akan kembali
datar.
Mode ini memerlukan sensor gyroscope &
accelerometer.

37. FLIGHT MODE : FLY BY WIRE
Mode Fly by Wire mengkombinasikan
berbagai instrumen penerbangan seperti
barometer dan kompas untuk
mempertahankan ketinggian (altitude)
dan arah penerbangan (course).
Sudut pitch dan besarnya thrust diatur
bersamaan untuk mempertahankan
ketinggian, sementara sudut roll dan yaw
diatur bersamaan untuk
mempertahankan arah penerbangan.
Pitch
Angle
Thrust

38. FLIGHT MODE :AUTO
Mode Auto membandingkan posisi
armada saat ini dengan posisi yang dituju
baik secara koordinat maupun
ketinggian, kemudian membelokkan
armada ke arah yang dituju.
Proses pengendalian mirip dengan mode
Fly by Wire, hanya saja arah tujuan
berubah setelah memasukin satu
waypoint ke waypoint berikutnya.

39. TERIMAKASIH
WISNU@INTITEKNOLOGI.CO.ID