SISTEM PENGAMAN POWER SHAPE-CHARGE PADA FLIGHT TERMINATION SYSTEM (POWER SHAPE CHARGE SECURITY SYSTEM ON FLIGHT TERMINATION SYSTEM)
Effendi Dodi Arisandi Pusat Teknologi Roket Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional Jl. Raya LAPAN No. 2, Mekarsari, Rumpin, Bogor 16350 Indonesia e-mail: effendi.dodi@lapan.go.id
Diterima 20 Juli 2017; Direvisi 21 Agustus 2017; Disetujui 18 September 2017

## ABSTRACT
Battery  is  reusable  electric  energy  resource.  Thus,  the  battery  can  be  used  as  power  for various kind of electronics equipment. The Fligt Termination System (FTS) module also uses battery as electric  energy  resource.  The  FTS  module  which  has  been  integrated  in  the  rocket  system  must  be controlled  strictly  in  order  to  avoid  accident  that  can  be  caused  by  switching  on  the  battery  power. ( Smart  system  yang  menjadi  focus  pada  penelitian  ini  terdiri  dari  komponen  mikrokontroller,  inverter, relay,  resistor,  dan  thyristor-belum  ada  terjemahan  untuk  ini). This  research  was  focused  on  how  to protect battery resource as power shape-charge in the FTS module. The research showed that  smart system usage could obstruct the activation of the relay when the battery power is switched on.
Keywords: smart system, FTS module, relay, shape-charge power

## ABSTRAK
Baterai  adalah  sumber  energi  listrik  yang  dapat  digunakan  secara  berulang-ulang.    Dengan demikian,  baterai  dapat  digunakan  sebagai  sumber  energi  listrik  untuk  berbagai  macam  peralatan elektronika. Modul Flight Termination System (FTS ) juga menggunakan baterai sebagai sumber energi listrik. Modul FTS yang telah terintegrasi dalam sistem roket harus dikontrol secara ketat agar tidak terjadi  kecelakaan  yang  dapat  ditimbulkan  oleh  penyalaan power modul.  Hal  ini  disebabkan,  pada saat power modul  FTS  dinyalakan  maka  akan  menimbulkan  logika high pada  mikrokontroller  yang dapat memicu aktifnya komponen elektronika. Penelitian ini fokus pada sistem proteksi sumber daya baterai sebagai pemicu sistem shape-charge pada modul FTS. Smart system yang menjadi fokus pada penelitian ini terdiri dari komponen mikrokontroller, inverter , relay , resistor , dan thyristor . Dari hasil penelitian  diperoleh  bahwa  penggunaan smart  system dapat  menghambat  aktifnya relay yang diakibatkan oleh penyalaan power modul FTS.
Kata kunci: smart system, modul FTS, relay, power shape-charge

## 1 PENDAHULUAN
Perkembangan  teknologi  roket
yang dikembangkan oleh LAPAN khususnya  pusat  teknologi  roket  telah memasuki  tahapan  awal  menuju  roket peluncur  satelit  (RPS).  Penelitian  RPS diawali  dengan  penelitian  roket  sonda dengan  diameter  320  mm.  Muatan telemetri  yang  ada  pada  roket  tersebut harus  menggunakan  sumber  energi baterai. Baterai juga merupakan sumber energi yang digunakan payload .
Baterai  adalah  energi  listrik  yang dapat  digunakan  secara  berpindah- pindah. Baterai mempunyai banyak tipe seperti  baterai  LiPo  [E.  Cordero,  dkk, 2015]  dan  daya  simpannya  seperti baterai  basah  [H.  Weiss  dan  S.  Volgger, 2014]  atau  kering.  Baterai  dapat digunakan sebagai sumber energi untuk telepon genggam atau sistem elektronika lainnya.  Dengan  kemajuan  teknologi, baterai  dapat  diisi  ulang  ( rechargeable ) [Jang-Hyuck  Lee  dan  Joon-youp  Sung, 2004]. Energi baterai juga dapat digunakan pada  sistem  modul  FTS.  Modul  FTS mempunyai dua  baterai  sebagai  sumber energi  listrik,  baterai  pertama  sebagai sistem power modul  dan  baterai  kedua sebagai power pada  sistem shape- charge .  Oleh  karena  itu,  diperlukan
pendistribusian power baterai yang tepat untuk  kebutuhan  arus  listrik  pada sistem [S. K Wong dan A. Kalam, 1996]. Di  samping  itu  juga diperlukan proteksi sumber tegangan yang dapat menggunakan  metode  algoritma  arnoldi [Garng Huang dan Tong Zhu, 1999].
Modul FTS [Effendi Dodi Arisandi, 2015]  akan  diintegrasikan  pada  sistem roket  yang  akan  tertutup  secara  rapat. Dengan  demikian,  aktivasi  baterai  pada sistem shape-charge harus  betul-betul diperhatikan untuk menghindari ledakan. Untuk mengaktifkan power shape-charge maka  digunakan  sistem relay yang dikontrol  oleh  sebuah  mikrokontroller [Effendi  Dodi  Arisandi,  2015].  Pada  saat power modul diaktifkan maka mikrokontoller akan mengeluarkan tegangan 5 volt pada masing-masing pin keluaran dalam waktu sesaat dengan arus  10mA  [http:/www.atmel.com,  2016]. Tegangan  sesaat  ini  sudah  dapat mengaktifkan  sistem relay pada  modul FTS. Jika sistem relay aktif di luar kendali yang telah ditentukan, maka relay tersebut dapat  mengaktifkan  sistem  tegangan shape-charge yang  dapat  menimbulkan aktifnya shape-charge (ledakan).  Ledakan ini diakibatkan oleh telah tersambungnya shape-charge dengan
sumber  baterai  sebagai  pemicu  aktifnya shape-charge tersebut.  Blok  diagram rangkain elektronika yang belum menggunakan smart  system dapat dilihat pada Gambar 1-1.
Gambar 1-1: Blok diagram NonsmartSystem
Penelitian  ini  difokuskan  pada solusi  bagaimana  mengontrol  sistem relay agar  tidak  aktif  pada  saat power system dinyalakan. Ada beberapa metode  yang  dapat  digunakan  untuk mengatasi  hal  tersebut,  yang  pertama adalah  metode  pemisahan  saklar power module  FTS  dengan power  relay ,  yang kedua  adalah  dengan smart  system .
Pada penelitian FTS, untuk menghindari adanya  ledakan shape-charge pada  saat power  module dinyalakan,  maka  saklar antara power modul  dan  sistem  FTS dipisahkan  secara  manual.  Sistem pengontrolan relay pada metode pemisahan saklar maupun smart system sama-sama  dikendalikan  oleh  sebuah mikrokontroller.  Mikrokontroller  dapat mengeluarkan  logika  tinggi  5  volt  atau logika  rendah  0  volt.  Dengan  tegangan keluaran 5 volt dari mikrokontroller sudah dapat  digunakan  untuk  menggerakkan/ mengaktifkan  sebuah relay dengan menggunakan rangkaian tambahan transistor  darlington  [Akash  A.,  Hongunti dkk, 2014]. Metode smart system adalah
metode yang digunakan untuk mengendalikan arus keluar pada mikrokontroller  pada  saat power modul FTS dinyalakan. Keluaran logika tersebut  akan  dibandingkan  dengan logika  lain  sebelum  mengatifkan system relay .
Makalah ini terdiri dari empat bab yang dibagi sebagai berikut; bab pertama adalah  pendahuluan  yang  merupakan latar belakang dan permasalahan dalam penelitian  ini  serta  solusi  yang  akan didapatkan.  Bab  kedua  adalah  metode yang digunakan pada penelitian ini. Bab ketiga  adalah  hasil  dan  pembahasan. Bab  keempat  adalah  kesimpulan  dan saran  untuk  pengembangan  penelitian ini.

## 2 METODOLOGI
Pada  bab  pendahuluan  telah disebutkan bahwa penelitian ini menggunakan  dua    metode  untuk memproteksi  sistem relay pada  modul FTS.  Metode  pertama  adalah  dengan memisahkan  saklar power  system  relay dan power saklar  pada  modul  FTS. Metode kedua adalah dengan menggunakan metode smart system .

## 2.1  Pemisahan Saklar Modul FTS dan Sistem Relay
Metode  ini  adalah  metode  yang sangat  sederhana  yaitu  menyediakan dua saklar yang terpisah. Saklar pertama digunakan  untuk  mengaktifkan power modul  FTS.  Saklar  kedua  digunakan untuk  mengaktifkan  sistem relay sebagai penghubung power shape-charge . Gambar 2-1 adalah blok diagram untuk menjelaskan  metode  pemisahan  dua saklar power modul FTS dan power relay . Metode  ini  akan  mengalami  kesulitan jika  modul  FTS  sudah  terintegrasi  pada sebuah  roket,  karena  harus  melakukan pengaktifan  saklar  sebanyak  dua  kali. Prosedur  pengaktifan  kedua  saklar
Sistem Kontrol
Sistem Relay
tersebut harus mengikuti prosedur yang telah ditentukan untuk menjaga aktifnya relay yang  disebabkan  oleh  arus  sesaat dari  keluaran  mikrokontroller . Arus  sesat yang  ada  merupakan  hasil  pengamatan dari  desain  rangkaian  sistim  FTS sebelumnya.
Gambar 2-1: Metode pemisahan saklar power
Saklar  modul  FTS  yang  terdapat mikrokontroller harus diaktifkan terlebih dahulu,  kemudian  saklar power sistem relay dapat diaktifkan. Jika saklar power sistem relay aktif  terlebih  dahulu  maka pada  saat power modul  FTS  diaktifkan akan  ada  arus  sesaat  yang  keluar  dari pin mikrokontroller. Arus sesaat ini sudah cukup untuk mengaktifkan sistem relay . Jika  sistem relay aktif,  maka  sumber tegangan  untuk power sistem shape- charge dapat mengaktifkan shape-charge sehingga akan terjadi ledakan.
2.2  Metode Smart System Metode smart  system adalah suatu  metode  yang  digunakan  untuk menyalakan  modul  FTS  beserta  sistem relay secara bersamaan. Pada metode ini saklar power yang  digunakan  hanya satu  saklar.  Sumber  tegangan  untuk modul FTS dan sistem relay berasal dari sumber  baterai  yang  sama.  Metode smart  system ini  secara  blok  diagram dapat dilihat pada Gambar 2-2. Ada tiga bagian  secara  umum  pada  gambar
tersebut,  bagian  pertama  adalah  sistem mikrokontroller  yang  mempunyai  tugas untuk  mengkontrol driver  relay .  Bagian yang  kedua  adalah  sistem thyristor untuk  melewatkan  sumber  tegangan untuk shape-charge .  Sedangkan  bagian yang  ketiga  adalah  sistem relay itu sendiri  yang  mempunyai  tugas  untuk meloloskan  pemicu gate pada  bagian thyristor .  Untuk  menghemat  konsumsi arus  listrik  pada  sistem relay ,  maka dapat  digunakan relay dengan low power [Hei  Kam,  Tsu-Jae  King  Liu  dan Vladimir  Stojanovic,  2011]  sehingga baterai dapat bertahan lama.
Gambar 2-2: Metode smart system
Pada  saat  penyalaan power mikrokontroller  pada  modul  FTS  maka akan  ada  arus  yang  keluar  pada  pin output mikrokontroller.  Besarnya  arus yang keluar tersebut sudah cukup untuk mengaktifkan relay yang ada pada modul FTS.  Jika relay aktif  hanya  dengan penyalaan power module  FTS  maka akan  dapat  mengakibatkan  menyalanya shape-charge . Jadi metode smart system ini  digunakan  untuk  mencegah  aktifnya relay pada  saat power module  FTS dinyalakan.  Prinsip  dari  metode  ini adalah  dengan  mengkondisikan  bahwa logika ke driver relay selalu pada kondisi low (nol  volt)  pada  saat power modul FTS  dinyalakan.  Dengan  penambahan pull-up resistor dan inverter maka kondisi logika ke driver relay akan selalu low (nol volt) pada saat power dinyalakan atau dimatikan. Pada bab 3 tentang hasil dan  pembahasan  akan  menjelaskan metode smart system secara rinci.
Mikrokontroller Relay Thyristor Sistem Relay Sistem Kontrol

## 3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Metode  dua  saklar  untuk  modul FTS  mempunyai  kelebihan  yaitu  bahwa keamanan  aktifnya relay oleh  arus  dari mikrokontroller
dapat dihindari dikarenakan
sumber tegangan mikrokontroller  dan relay berbeda.
Namun,  metode  ini  mempunyai  kendala dalam  kepraktisannya  jika  modul  FTS sudah  terintegrasi  pada  roket  karena diperlukan lebih dari satu kali pengaktifan  sebuah  sumber  tegangan dan  memerlukan  sumber  energi  listrik yang  berbeda.  Pada  saat  sebuah mikrokontroller diberikan catu daya 5 volt maka mikrokontroller akan mengeluarkan logika tinggi (5 volt) dengan arus tertentu yang  sesaat.  Arus  sesaat  sebesar  10mA sudah dapat digunakan untuk mengaktifkan driver relay ,  karena driver relay menggunakan rangkaian transistor yang  disusun  secara  darlingtong.  Dengan memberikan  arus  kecil  pada  kaki  basis transistor  pertama  maka  penguatannya menjadi  cukup  besar.  Rangkaian driver relay yang  tersusun  secara  darlington dapat  dilihat  pada  Gambar  3-1  dimana rangkaian  ini  menggunakan  transistor NPN. Driver  relay akan  aktif  jika  arus yang  mengalir  pada  basis  transistor dapat  mengaktifkan  gerbang  pada transistor NPN tersebut.
Gambar 3-1: Driver relay darlington
Metode dengan smart system terdiri dari  3  bagian,  bagian  pertama  adalah mikrokontroller  sebagai  pengontrol smart system akif  atau  tidak,  bagian  kedua adalah  rangkaian driver  relay untuk mengaktifkan relay , bagian ketiga adalah rangkaian thyristor untuk menyalurkan  sumber  tegangan shape- charge yang  akan  dikontrol.  Untuk bagian  pertama  dalam  penelitan  ini menggunakan mikrokontroller dari ATMEL ATmega8. Pertimbangan menggunakan  IC  mikro  ini  adalah dikarenakan  dimensi  IC-nya  kecil  dan memiliki  performa  yang  cukup  tinggi. Mikrokontroller akan memberikan logika rendah  (nol  volt)  atau  logika  tinggi    (5 volt)  pada  rangkaian driver  relay . Rangkaian driver  relay menggunakan transistor  NPN  dan  tambahan  resistor pada  kaki  basis  serta inverter 74LS14. Rangkaian driver  relay dapat  dilihat pada Gambar 3-2.
Gambar 3-2: Rangkain driver  relay dengan transistor NPN
Bagian  ketiga  adalah  rangkaian thyristor ,  bagian  ini  terdiri  dari  IC inverter 74LS14  dan  resistor. Thyristor terdiri  dari  tiga  kaki  yaitu gate yang berfungsi sebagai sumber pemicu, anode sebagai  masukan  arus  yang  akan dilewatkan, dan katode sebagai keluaran dari sistem thysistor . Jika tegangan pada kaki gate positif  maka  arus  akan mengalir  dari  anode  ke  katode  dan sebaliknya  jika  teganan  pada  kaki  gate nol  atau  negatif  maka  arus  dari  kaki anode akan tertahan.
Gambar 3-3: System thyristor
Rangkaian smart  system secara keseluruhan dapat  dilihat  pada  Gambar 3-4.  Prinsip kerja  dari sistem  ini  adalah pada  saat  logic_1(mikro)  berlogika  tinggi (5 volt) maka keluaran dari inverter IC1A adalah  berlogika  rendah  (nol  volt)  maka relay tidak aktif dikarenakan tidak cukup arus basis untuk memicu kerja rangkaian driver  relay .  Pada  bagian  prinsip  ini sebenarnya power  shape  charge sudah aman tetapi pengamanan secara bertingkat akan  lebih  baik  dikarenakan  jika power shape-charge aktif  sebelum  waktunya akan  dapat  membahayakan.  Prinsip selanjutnya  adalah  pengaktifan thyristor yang  dilakukan  oleh  logic_2  (mikro). Prinsip  kerja  dari smart  system untuk pengamanan power  shape-charge pada sistem  FTS  dapat  ditabelkan  seperti ditunjukkan  pada  Tabel  3-1.  Dari  tabel tersebut  dapat  dilihat  bahwa  ada  dua tingkatan  yang  dapat  mengamankan sistem power  shape-charge dari  sistem penyalaan power modul  FTS  secara keseluruhan.
Table 3-1: PRINSIP KERJA SMART SYSTEM No.  Logic_1  Logic_2 Status Relay
Status
Thyristor/ Power Shape- Charge 1 0 0 Tidak aktif Tidak aktif 2 0 1 Tidak aktif Tidak aktif 3 1 0 Aktif Tidak aktif 4 1 1 Aktif Aktif
Keluaran logika tinggi atau rendah pada Tabel 3-1 untuk Logic_1 dan Logic_2 dikendalikan oleh mikrokontroller. Mikrokontroller hanya akan mengaktifkan relay jika  mendapatkan  sinyal  dari ground  station . Flow  chart dari software yang  dirancang  dapat  dilihat  pada Gambar 4-4.
Gambar 3-4: Rangkaian smart system

## 4 KESIMPULAN
Sistem driver  relay sederhana yang  hanya  terdiri  dari  mikrokontroller dan driver  relay tidak  dapat  digunakan sebagai  sistem  pengontrol power  shape- charge pada  modul  FTS.  Hal  ini disebabkan, sistem driver relay sederhana akan  aktif  dengan  sendirinya  ketika power modul  FTS  dinyalakan.  Aktifnya driver relay ini disebabkan oleh arus yang keluar secara alamiah dari mikrokontroller pada  saat  mikrokontroller  diberikan sumber tegangan. Berdasarkan permasalahan tersebut maka telah diteliti dan  didapatkan  sebuah  sistem  yang dapat mencegah aktifnya relay pada saat power modul diaktifkan. Sistem ini disebut dengan smart  system yang  terdiri  dari komponen mikrokontroller, inverter , relay , resistor,  dan thyristor .  Dengan  metode smart  system maka  aktifnya power shape-charge dapat  terkontrol  dengan baik.
Penelitian  ini  perlu  dikembangkan terus untuk mendapatkan smart system yang  lebih  andal,  karena  pengujian ketahanan  secara  vibrasi  atau  uji shock terhadap  sistem  ini  belum  dilakukan.
Keandalan suatu modul yang ditempatkan  pada  sebuah  roket  harus lulus uji vibrasi dan uji shock .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ditujukan  kepada  kepala  pusat teknologi  roket  sebagai  kuasa  pengguna anggaran  yang  telah  memfasilitasi penelitian ini.

## DAFTAR RUJUKAN
Akash  A.  Hongunti  dkk.  2014. Voice  Operated Wheelchair ,  International  Journal  of Advanced Research in Computer
Science  and  Software  Engineering Volume 4, Issue, April. ISSN:2277 128X.
E.  Cordero,  dkk,  2015. Implementation  of  a Battery  Management  and  Protection System for High Power Pulsed Applications ,
IEEE  Pulsed  Power  Conference  (PPC) Austin,  TX,  ISSN:  2158-4915,  DOI:  10. 1109/PPC.2015.7296920.
Effendi  Dodi  Arisandi,  2015. Design  and Development  of  Low  Cost  Flight Termination  System  Encoder  Based  on DDS AD9850  for Flight Vehicle , Proceedings  International  Seminar  of Aerospace  Science  and  Technology
(ISAST III-2015), Bali, December, ISBN: 978-602-71833-1-5.
Effendi  Dodi  Arisandi,  2015. Multi  Frekuensi Encoder  Flight  Termination  System . Jurnal Teknologi Dirgantara Vol. 13 No. 1 Juni: 87-94.
Garng  Huang  dan  Tong  Zhu,  1999. Voltage Security  Assessments  Using  the  Arnoldi Algorithm ,  Power  Engineering  Society Summer Meeting, 1999, Edmonto, Alta,
ISBN:0-7803-5569-5,  DOI:  10.1109/
PESS.1999.787391.
H.  Weiss  dan  S  Volgger,  2014. Insular  Power Supply Batteray Manager with Balancing  and  Protection  Unit  for
Lithium-Ion Batteries , 12 TH International conference APEIE-34006.
Hei  Kam,  Tsu-Jae  King  Liu,  dan  Vladimir
Stojanovic,  2011. Design,  Optimization,
and  Scaling  of  MEM  Relays  for  Ultra- Low-Power Digital Logic , IEEE
Transactions  on  electron  devices,  Vol. 58, NO. 1, January.
http://  www.atmel.com/images/atmel-2486-8-
bit-avr-microcontroller-atmega8_I_ datasheet.pdf, diakses Juni 2016.
Jang-Hyuck  Hyuck  Lee  dan  Joon-youp  Sung,
2004. Design  of  Batteray  Protection Circuit ,  Intelligent  Signal  Processing and  Communication  System,  2004.
ISPACS 2004. Pages  784-786, ISBN: 0- 7803-8639-6.
S.  K.,  Wong  dan  A.,  Kalam,  1996. Distributed Intelligent  Power  System  Protection
Using  Case  Based  and  Object  Oriented
Paradigms , Intelligent Systems
Applications  to  Power  Systems,  1996. Proceedings,  ISAP  '96.,  International Conference  on  28  Jan-2  Feb  1996, Orlando,  FL.  Pages  74-78,  ISBN:0- 7803-3115-X.