Volume 4 Nomor 1, Juni 2021 e-ISSN : 2614-1574 p-ISSN : 2621-3249
PROTOTIPE PENENTU SUDUT ELEVASI LENGAN MERIAM SECARA NIRKABEL MENGGUNAKAN MOTOR LANGKAH BERBASIS MIKROKONTROLER

## PROTOTYPE OF ELEVATION ANGLE SET WIRELESS ARM USING MICROCONTROLLER BASED STEP MOTOR
Endang Rosdiana 1 , Rahmat Awaludin Salam 1 , Reza Fauzi Iskandar 1 , Dudi Darmawan 1 , Ahmad Marjan 2 , Octo Emerald Siregar 2 , Melina Melina 2 , Vivien Restianim 3 , Dewi Novianti 4 , Valentina Adimurti Kusumaningtyas 2
1 Program studi Teknik Fisika, Fakultas Teknik Elektro,Telkom University
2 Fakultas Sains dan Informatika,Universitas Jenderal Achmad Yani
3 Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Flores
4 Program Studi Matematika, Fakultas Teknik, Universitas Samudra endangr@telkomuniversity.ac.id

## ABSTRACT
Problems that usually arise in gun arm control are the lack of accuracy of the angle formed and the safety factor of the gun operator itself. By designing a computer-based control system that can calculate accurately and quickly, and utilize wireless technology, this problem can be overcome. The prototype made is quite simple, consisting of a computer with Bluetooth installed, a bluetooth module, a microcontroller, a stepper motor and an electric circuit driving a stepper motor. Step motors are used to drive mechanical  systems either vertically or horizontally. From the measurement data, the characteristics of this tool are obtained, namely the vertical angle accuracy is better when the elevation angle exceeds 14.5 ⁰ , while the horizontal angle accuracy is smaller when the elevation angle exceeds 180 ⁰ . For tool precision, the vertical angle has an uncertainty value of 0 so that for repetitions with the same conditions the same value is obtained, while for the horizontal angle the uncertainty value will be greater when the elevation angle is more than 180 0 . This prototype works quite well with the maximum distance between the computer and the stepper motor 7 meters without any barrier media, with no effect on the elevation angle formed.
Keywords: Bluetooth, Microcontroller, Stepper Motor.

## ABSTRAK
Permasalahan yang biasa timbul pada pengendalian lengan meriam adalah kurangnya akurasi sudut yang terbentuk dan faktor keamanan dari operator meriam itu sendiri. Dengan mendisain suatu sistem kendali berbasis komputer yang dapat menghitung dengan teliti dan cepat, serta memanfaatkan teknologi nirkabel permasalahan itu dapat  diatasi. Prototipe yang dibuat  ini cukup sederhana, terdiri  dari  komputer dengan Bluetooth  terpasang,  modul  bluetooth,  mikrokontroler,  motor  langkah  dan rangkaian  elektrik  penggerak motor langkah. Motor langkah digunakan untuk menggerakkan sistem mekanis baik secara vertikal maupun horizontal. Dari data pengukuran diperoleh karakteristik alat ini yaitu akurasi sudut vertikal lebih baik saat sudut  elevasi  melebihi  14.5 ⁰ ,  sedangkan  akurasi  sudut  horizontal  lebih  kecil  saat  sudutelevasi  melebihi 180 ⁰ ,  untuk  tingkat  kepresisian  alat,  sudut  vertikal  memiliki  nilai  ketidakpastian  0  sehingga  untuk pengulangan dengan kondisi yang sama diperoleh nilai yang sama, sedangkan untuk sudut horizontal nilai ketidakpastian  akan  semakin  besar  saat  sudut  elevasi  lebih  dari  180 ⁰ .  Prototipe  ini  bekerja  cukup  baik dengan  jarak  maksimum  antara  komputer  dan  motor  langkahnya  7  meter  tanpa  ada  media  penghalang, dengan tidak mempengaruhi sudut elevasi yang terbentuk.
Kata Kunci : Bluetooth, Microcontroller, Stepper Motor.

## PENDAHULUAN
Pengaturan arah atau sudut
tembakan melalui lengan meriam
merupakan hal penting dalam pengoperasian suatu meriam. Hal
tersebut  dikarenakan  pengaturan  arah
sangat  erat  kaitannya  dengan  lokasi jatuhnya peluru terhadap target (Halliday  et  al.,  2010).  Semakin  presisi pengarahan  lengan  meriam,  semakin presisi  pula  peluru  menyasar  target. Akan tetapi, pengendalian lengan
meriam  yang  masih  dilakukan  secara manual, memungkinkan adanya penurunan tingkat akurasi yang dimiliki oleh  peluru.  Selain  itu,  pengoperasian dari jarak dekat mengakibatkan rentannya  operator  meriam  terhadap kecelakaan  yang  diakibatkan  oleh  gaya reaksi dari ledakan meriam (Halliday et al., 2010).
Sebagai upaya menanggulangi tingkat kegagalan hasil tembakan akibat ketidakakuratan  penentuan  arah  laras meriam serta kerentanan operator terhadap  kecelakaan,  suatu  sistem kendali jarak jauh perlu untuk diterapkan (Ogata,  2001).  Terdapat  banyak  jenis sistem  kendali  yang  telah  diterapkan untuk berbagai kebutuhan (Ogata, 2001; Salam  et  al.,  2019).  Diantara  sistem- sistem  kendali  tersebut,  sistem  kendali loop  terbuka  memberikan  kemudahan pada  proses  pengontrolannya  (Ogata, 2001). Di lain pihak, proses pengendalian  jarak  jauh  dari  sistem meriam dapat dilakukan dengan menggunakan teknologi nirkabel (Morris,  2001).  Tidak  hanya  untuk menanggulangi  kerentanan  operator, pemberian  teknologi  nirkabel  ini  juga dapat  digunakan  untuk  mengondisikan tingkat kegagalan meriam akibat kerusakan  kabel  dan  lain  sebagainya. Oleh  karena  itu,  suatu  sistem  kendali jarak  jauh  berbasis  teknologi  nirkabel perlu  untuk  diterapkan  pada  sistem lengan meriam.
Pada penelitian ini, sebuah prototipe penentu  sudut  elevasi  lengan  meriam telah  dikembangkan  secara  nirkabel. Pergerakan  lengan  meriam  akan  diatur menggunakan  sistem  kendali  loop terbuka dengan pengendalian jarak jauh
dilakukan menggunakan teknologi bluetooth.  Detail  pembuatan  sistem beserta  hasilnya  akan  dijelaskan  secara terperinci pada bagian berikutnya.

## METODE PERANCANGAN ALAT Rancang Bangun Sistem
Rancang  bangun  sistem  dalam penelitian  ini  ditunjukkan  oleh  diagram blok  pada  gambar  1.  Dalam  sistem  ini, input  yang  digunakan  adalah  kecepatan awal  peluru,  jarak  target  dan  sudut horizontal.  Input  tersebut  diolah  oleh program  aplikasi  yang  dibuat  pada Visual  Studio  yang  mana  keluaran  dari aplikasi  tersebut  berupa  sudut  vertikal dan  sudut  horizontal  lengan  meriam. Keluaran tersebut dikirim secara nirkabel melalui Bluetooth ke rangkaian Bluetooth  Interface  Module  (DBM-01) yang  terhubung  secara  serial  dengan mikrokontroler AT89S51.
DBM-01
Bluetooth Interface Module AT89S51 Microcontroller Serial Port Port 0 Port 1
Motor Stepper Driver Motor Stepper Driver Motor vertikal Motor horizontal Laptop / Komputer

## Gambar 1. Blok Diagram Sistem
Nilai  sudut    elevasi  yang  diterima oleh  mikrokontroler  selanjutnya  diolah untuk  dijadikan  sebagai  perintah  pada motor langkah melalui Port 0 dan Port 1.
Masing-masing motor akan menggerakkan mekanisme lengan meriam  sedemikian  rupa  sehingga lengan  meriam  dapat  membentuk  sudut vertikal  dan  horizontal  sesuai  dengan keluaran program aplikasi pada komputer(Ruifeng et al ., 2015).
Perencanaan Mekanisme Meriam Mekanisme  pergerakan  lengan  meriam ini menggunakan sistem perputaran roda
gigi sebanyak dua tingkat (termasuk roda gigi pada motor langkah). Motor langkah yang digunakan  memiliki sudut 1,8 o per langkah,  yang  dengan  mode  half  step akan  menghasilkan  resolusi  sudut  0,9 o per langkahnya. Pada pembuatan prototipe  ini  akan  menggunakan  mode half step . Namun, untuk jumlah 400 step dirasakan  kurang  teliti,  oleh  karena  itu digunakan  perbandingan  jumlah  gir sebesar  1  :  9  dari  poros motor terhadap pergerakan  lengan  meriam  dengan menggunakan  gir.  sehingga  diharapkan didapat  akurasi  sudut  0,1 ⁰ pada  lengan meriam.  Prototipe  sistem  lengan  yang dibangun, ditunjukkan oleh gambar 2.

## Gambar 2. Mekanisme Lengkap Prototipe Meriam Artileri
Rancang  Bangun  Perangkat  Keras dan Lunak
Perancangan perangkat keras terdiri dari  pembuatan  rangkaian  elektronika yang  teridiri  dari  rangkaian  minimum AT89S51  dan  rangkaian  switching transistor  sebagai  penggerak  motor
langkah.  Sedangkan  untuk  mekanisme lengan  meriam  meliputi  pemilihan bahan, fabrikasi sasis dan gear kemudian perangkaian.    Pada  bagian  perangkat lunak terdiri dari pemrograman assembly untuk mikrokontroler AT89S51 dan pemrograman berorientasi obyek (OOP) untuk program aplikasi di komputer  menggunakan  Visual  Studio (Wu & Zhang, 2017). Data pengukuran sudut  Lengan  Meriam  akan  disimpan dalam suatu Database MySQL merupakan suatu perangkat lunak database  yang  berbentuk  database relasional atau disebut Relational Database  Management  System  yang menggunakan  suatu  bahasa  perintah yang  bernama  SQL  (Structured  Query
Language ) (Melina et al., 2020).
Rangkaian penggerak sebagai-mana ditunjukkan  oleh  gambar  3  digunakan untuk  menjembatani  antara  output mikrokontroler  dengan  motor  langkah. Rangkaian  ini  diperlukan  karena  arus keluaran  dari  mikrokontroler  tidak mampu  untuk  menggerakkan  motor langkah (Liu dan Dong, 2015).
Gambar 3. Rangkaian Penggerak

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah  semua  koneksi  perangkat keras  dan  sistem  mekanis  meriam dipersiapkan, maka langkah selanjutnya adalah  menjalankan  aplikasi  lengan meriam.
Tampilan aplikasi ini
Roda Gigi 1 Motor Vertikal Motor Horizontal Roda Gigi 2 Lengan Meriam Batang Poros
ditunjukkan  oleh  gambar  gambar  4. Terdapat  dua  bagian  yang  diatur  pada sistem  ini,  yakni  sudut  vertikal,  dan sudut horizontal.
Sudut vertikal dikondisikan untuk mengatur arah tegak dari laras meriam sehingga pada kondisi ini  dibatasi  hanya  dari  0 o hingga  180 o , adapun  sumbu  horizontal  dikondisikan dapat  bergerak  dalam  satu  putaran penuh.
Gambar 4. Tampilan Aplikasi Kendali

## Lengan Meriam
Adapun  hasil  pengukuran  sudut vertikal  dan  sudut  horizontal  dapat dilihat  pada  tabel  1  dan  2,  secara berurutan.  Pada  kondisi  ini,  kecepatan awal peluru dikondisikan 600 m/s, yang merupakan nilai kecepatan awal standar untuk meriam artileri, dengan nilai jarak yang dikondisikan bervariasi. Percobaan dilakukan  sebanyak  lima  kali  untuk melihat tingkat akurasi dan presisi yang dimiliki  oleh  sistem  prototipe  laras meriam yang dikembangkan.
Tabel 1. Pengukuran sudut Lengan Meriam untuk Kecepatan awal 600 m/s
Gambar 5. Grafik Bias Untuk Sudut Vertikal

## Tabel 2. Pengukuran Sudut Horizontal

## SIMPULAN
Gambar 6. Grafik bias untuk sudut horizontal
Dari hasil pengukuran yang dilakukan  secara  berulang  dengan rentang sudut antara 0 – 45° untuk sudut vertikal  dan  0-360°  untuk  sudut horizontal,  dapat  dilihat  berdasarkan gambar 5 dan 6, bahwa alat yang dibuat dapat  membentuk  sudut  dengan  baik. Hal  tersebut  dikarenakan  bias  yang terbentuk  relatif  kecil  (<0,5%)(Liu  dan Dong, 2015).
Sedangkan untuk pengukuran kualitas transmisi data melalui Bluetooth adalah  dengan  menggerakkan  lengan meriam  untuk  10  sudut  berbeda  dan diulang pada jarak yang berbeda sampai 10  meter.  Hasil  pengujiannya  terlihat pada tabel 3 di bawah ini.
Tabel 3. Pengaruh Jarak Terhadap Sudut Terbentuk
Keterangan:
KT  = Komunikasi Terputus Berdasarkan  data  yang  diperoleh, diketahui bahwa sistem yang dikembangkan memiliki tingkat kepresisian  yang  tinggi  pada  sudut vertikal.  Hal  itu  terlihat  berdasarkan hasil    pengukuran  berulang  yang dilakukan  dengan  perolehan  hasil  yang sama    serta  nilai 𝝈 ̅ =  0.  Adapun  untuk arah horizontal nilai rata-rata kesalahannya  adalah 𝝈 ̅ =  0.09.  Dengan kondisi  tersebut,  kedua  arah  lengan meriam  dapat  bekerja  dengan  sangat presisi (Cohen, 1998).
Dari  data  hasil  pengukuran  terlihat bahwa  sampai  dengan  jarak  7  meter lengan  meriam  dapat  membentuk  sudut sampai  180°  dengan  baik.  Sedangkan untuk  jarak  lebih  dari  tujuh  meter  tidak ada  komunikasi  antara  komputer  dan perangkat.

## SIMPULAN
Prototipe  penentu  sudut  lengan meriam  telah  berhasil  dikembangkan dengan  teknologi  pengendalian  jarak jauh. Sistem yang dikembangkan memiliki  tingkat  akurasi  rata-rata  sudut vertikal diperoleh sebesar 0.2 ⁰ , sedangkan sudut horizontal sebesar 0,4 ⁰ dengan  kepresisian  yang  sangat  baik yakni  0  untuk  setiap  sudut.  Selain  itu,
perangkat ini dapat bekerja dengan jarak maksimum antara komputer dan perangkat  sejauh  7  meter  dengan  tanpa penghalang

## DAFTAR PUSTAKA
Abdullah,  M.,  &  Budiman,  M.  (2011). Home ‐ made PIC 16F877 microcontroller ‐ based  temperature control system for learning automatic control. Computer Applications in Engineering Education, 19 (1), 10-17. Cohen, E. R. (1998). An introduction to error  analysis:  The  study  of uncertainties in physical measurements.
Halliday,  D.,  Resnick,  R.,  & Walker,  J. (2010). Fundamentals  of  Physics ,
Chapters  33-37.  John  Wiley  & Sons. Liu, J., & Dong, Z. (2015, November). A design  for  high  voltage  DC  power supply.  In 2015  5th  International Conference  on  Electric  Utility Deregulation  and  Restructuring and  Power  Technologies  (DRPT)
(pp. 2227-2231). IEEE.
Melina, P. E., Witanti, W., & Sukrido, K.
V. (2020). Design and Implementation of Multi Knowledge  Base  Expert  System Using the SQL Inference Mechanism for Herbal Medicine. In
Journal  of  Physics:  Conference Series (Vol. 1477, No. 2, pp. 1-9). Morris, A. S. (2001). Measurement and instrumentation principles. Ogata,  K.  (2001). PTR  Upper  Saddle River. Modern Control Engineering; Prentice-Hall: Upper Saddle River, NJ , USA.
Ruifeng,  W.,  Zhe,  W.,  &  Liying,  W.
(2015, June). Stepper Motor
Control Based on AT89S51 Microcontroller. In 2015 8th International Conference on
Intelligent Computation Technology and Automation (ICICTA) (pp. 844-847). IEEE. Salam, R. A., Munir, M. M., Warsahemas,  T.,  Saputra,  C., Latief,  H.,  &  Khairurrijal,  K. (2019).  A  simple  solar  simulator with highly stable controlled irradiance for solar panel characterization. Measurement and
Control, 52 (3-4), 159-168. Wu,  M.,  &  Zhang,  H.  (2017,  August). Design and Development of Circuit Board for Serial Interface Technology.  In 2nd  International Conference  on  Automatic  Control and Information Engineering (ICACIE 2017) (pp. 26-30). Atlantis Press.