JTEV (Jurnal Teknik Elektr o dan Vokasional) h t t p : / / e j o u rn a l . u n p .a c . i d / i n d e x . p h p / j t e v Vol. 8 No. 1 (2022) E-ISSN: 2302-3309 P-ISSN: 2746-6086

## Sistem Kendali dan Pemantauan Peralatan Navigasi Penerbangan Non Directional Beacon Tipe ND200S Menggunakan Nodemcu ESP8266 Berbasis Internet of Thing
Uswatun Hasanah 1 , Muh Wildan 2 , Tohazen 3
1,2 Politeknik Penerbangan Indonesia Curug
3 Politeknik Negeri Jakarta uswatunhash@gmail.com , muh.wildan@ppicurug.ac.id , toha.zen@elektro.pnj.ac.id

## Abstrak
Salah  satu  jenis  alat  navigasi  penerbangan  yaitu Non  Directional  Beacon (NDB).  NDB  beroperasi  pada  frekuensi rendah  175  KHz  –  535  KHz  yang  berfungsi  untuk  memberikan  informasi heading dan azimuth pesawat  terhadap ground station NDB yang berada baik di dalam maupun di luar lingkungan bandara. NDB merk Nautel ND200S, baik pada  konsol  maupun monitoring masih  bersifat  analog  dan  manual,  sehingga  butuh  akses  langsung  ke  lokasi  untuk melakukan monitoring  parameter. Selain  itu  tidak  terdapat alarm yang  bersifat remote apabila  terjadi  gangguan  pada peralatan.  Dengan  menerapkan  karakteristik  industri  4.0  berbasis  industrial Internet  of  Things  (IoT), maka  dirancang system  kendali  dan  pemantauan  dengan  mengadopsi  sistem  tersebut  menggunakan  mikrokontroller  NodeMCU ESP8266. Tujuannya adalah agar ketika terjadi alarm pada NDB dapat diketahui dari jarak jauh dari sistem remote dan secara  otomatis  akan  melakukan adjusting sendiri  dengan  parameter  yang  seharusnya.  Metode  yang  digunakan  yaitu dengan mengumpulkan data tegangan, melakukan pemrograman pada mikrokontroller kemudian  uji coba langsung ke peralatan  NDB  Nautel  ND200S.  Dengan  demikian,  rancangan remote  control ini  akan  memberikan monitoring dan control yang bersifat kontinu terhadap adjusting parameter NDB ND200S.
Kata Kunci : Sistem Kendali dan Pemantauan, Arduino IDE, NodeMCU ESP8266, Internet of Things (IoT)

## Abstract
One of flight navigation equipment is Non Directional Beacon (NDB). NDB operates at a low frequency from 175 KHz –  535  KHz  which  serves  to  provide  aircraft  heading  and  azimuth  information  against  NDB  ground  station  which located both inside and outside the airport environment. The NDB Nautel ND200S, both on the console and monitoring is still analog and manual, so it requires direct access to the location for monitoring parameters. In addition, there is no remote alarm in the event of a disturbance in the equipment. By applying the characteristics of industry 4.0 based on the industrial Internet of Things (IoT), a control and monitoring system was designed by adopting the system using the NodeMCU  ESP8266 microcontroller.  The  purpose is  when an alarm occurs  on the NDB, it can be detected remotely from  the  remote  system  and  will  automatically  adjust  itself  with  the  appropriate  parameters.  The  method  used  is  to collect voltage data, program the microcontroller and then test it directly on the NDB Nautel ND200S equipment. Thus, this  remote  control  design  will  provide  continuous  monitoring  and  control  of  adjusting  parameters  for  the  NDB ND200S.

## Keywords: Remote Control Monitoring System, Arduino IDE, NodeMCU ESP8266, Internet of Things (IoT)

## PENDAHULUAN
Non Directional Beacon (NDB) ND200S adalah salah satu fasilitas alat bantu navigasi penerbangan yang dipasang di dalam  maupun di  luar lingkungan bandara sesuai dengan fungsinya [1]. NDB  merupakan sebuah  pemancar  gelombang  radio  yang  bekerja  pada  frekuensi  rendah  175  KHz  –  535  KHz.  Oleh  karena penggunaan  frekuensi  yang  rendah,  dimensi  antenna  NDB  dapat  mencapai  puluhan  meter.  Diantara
perangkat  NDB  dan  antenna  nya,  terdapat  perangkat Antenna  Tuning  Unit (ATU)  yang  berfungsi  untuk menyelaraskan  nilai  impedansi  apabila  terjadi  kondisi mismatch antara  keduanya.  Perangkat  ATU  ini sangatlah  penting,  berdasarkan  alasan  operasional,  keselamatan,  dan  efektifitas  sangatlah  tidak  mungkin untuk melakukan matching secara fisik langsung pada antenna. Prinsip kerja ATU yaitu menyelaraskan nilai impedansi transmission  line (Z O )  dengan  impedansi load (Z L )  antara  pemancar  NDB  dengan  antenna  nya terjadi  ketidakcocokan (mismatch) .  Apabila  saluran  transmisi  dengan  beban  tidak  sesuai (missmatch), dimana  impedansi  saluran  tidak  sama  dengan  impedansi  beban  dan  gelombang  dibangkitkan  dari  sumber secara kontinyu, maka dalam saluran transmisi selain ada tegangan datang V + juga terjadi tegangan pantul V - [2]. Oleh  karena  itu  fasa  gelombang  datang  akan  terganggu  oleh  adanya  gelombang  pantul  yang menginterferensi. Semakin tinggi nilai VSWR artinya sebuah pemancar tidak dapat maksimal memancar.
Dengan  adanya  rancangan  system  kendali  dan  pemantauan  terhadap  peralatan  NDB  ND200S  ini, maka  ketika  terdapat alarm atau  anomaly  pada  parameter  VSWR  dapat  termonitor  dan  di adjust secara otomatis oleh system kendali nya tanpa harus dikunjungi ke shelter dimana NDB ND200S diinstal.

## Antenna Tuning Unit (ATU)

## Gambar 1. Antenna Tuning Unit (ATU)
ATU merupakan sebuah rangkaian LC yang terbuat dari lilitan kawat tembaga atau disebut loading coil yang  selanjutnya  menghasilkan  nilai  induktansi  yang  bersifat  tetap.  Di  dalam  lilitan  tersebut  terdapat komponen  C  yang  selanjutnya  disebut  sebagai inner  loading  coil.  Inner  loading  coil berfungsi  untuk mengubah  medan  magnet  pada loading  coil sehingga  nilai  induktansi  pada  ATU  akan  berubah  secara variatif. Cara kerja ATU sebagai sebuah tunner adalah dengan mengubah nilai induktansi pada ATU melalui perputaran inner loading coil di dalam loading coil. Perubahan nilai induktansi tersebut dapat mempengaruhi nilai reflected power dan tentunya akan mempengaruhi nilai VSWR juga. Pada NDB ND200S apabila terjadi kondisi mismatch harus  melakukan tunning secara  manual  pada inner  loading  coil maupun coil  tapping. Selain itu, interface monitoring yang tersedia pada peralatan NDB ND200S belum ada monitoring parameter VSWR baik analog maupun digital . Sehingga diperlukan adanya alat ukur VSWR meter pada frekuensi LF untuk mengetahui nilai VSWR nya.

## Voltage Wave Standing Ratio (VSWR)
Gambar 2. Voltage Wave Standing Ratio (VSWR)
Prinsip  dasar  VSWR  yang  merupakan  rasio  perbandingan  antara  gelombang  datang (forward) dan gelombang  pantul (reflected) dimana  kedua  gelombang  tersebut  membentuk  gelombang  berdiri.  VSWR dapat  dijadikan  sebagai  indikasi matching antara  sebuah  pemancar  dengan antenna nya.  VSWR  dapat dituliskan melalui turunan perhitungan sebagai berikut :
.....................................................................................................................................  (1) ......................................................................................................................................  (2) .....................................................................................................................................  (3) .................................................................................................................................... (4) Vf : Tegangan forward
Vr : Tegangan reflected
Ґ  : Koefisien pantul
Sehingga  untuk  mendapatkan  nilai  VSWR  hanya  dibutuhkan  dua variabel  yaitu  tegangan forward dan tegangan reflected antara  NDB  dengan  antenna  nya.  Kedua  tegangan  tersebut  yang  masih  berbentuk gelombang  analog  kemudian  diubah  menjadi  digital  menggunakan  modul analog  to  digital  converter ADS1115.
Rancangan kontrol berbasis mikrokontroller seperti ini sebelumnya pernah dibuat oleh Milind, et al [3]  yang  membuat  sebuah tunner otomatis  untuk  frekuensi  HF.  Namun  pada  rancangan  tersebut  belum terdapat monitoring  parameter VSWR.  Selain  itu,  Samsugi,  et  al  [4]  merancang  sebuah remote  control berbasis Internet of Things (IoT) dengan menggunakan 2 modul secara terpisah yaitu Arduino UNO sebagai mikrokontroller dan ESP8266 sebagai chip akses IoT nya. Hal itu dapat menyebabkan ketidakstabilan dalam proses transfer  data. Pada  rancangan  ini  menggabungkan  ide  dari  kedua  jurnal  tersebut  yaitu  membuat sebuah kontrol tunner otomatis menggunakan mikrokontroller yang berbasis Internet of Things. Pembuatan rancangan ini menggunakan beberapa referensi sebagai berikut :

## Analog to Digital Converter ADS1115
ADS1115 adalah sebuah modul yang berfungsi untuk melakukan fungsi konversi dari sinyal analog ke  digital.  Modul  ADS1115  terdiri  dari  4  input  sinyal  analog.  Modul  ADC  converter  external  ADS1115 menyediakan  presisi  16-bit  pada  860  sampel  /  second  over  I2C  [5].  Cara  kerja  ADS1115  yaitu  input analog  yang  telah  diterima  kemudian  memasuki  rangkaian  multiplexer  yang  akan  memilih  data  sebelum diteruskan  ke  blok  PGA (Programmable  Gain  Amplifier). Pada  blok  PGA  sinyal  tersebut  akan  dikuatkan kemudian  dikirim  ke  rangkaian  ADC  untuk  dikonversi.  Setelah  dikonversi,  data  akan  dikirim  melalui komunikasi serial I2C yaitu pin SCL dan SDA.

## Gambar 3. Blok Rangkaian ADS1115

## NodeMCU ESP8266
NodeMCU  adalah  sebuah platform IoT  yang  bersifat open  source. Terdiri  dari  perangkat  keras berupa system on chip ESP8266 dari ESP8266 buatan Espressif System, juga firmware yang digunakan yang menggunakan bahasa pemrograman scripting Lua [6].

## Gambar 4. Microcontroller NodeMCU ESP8266

## Driver ULN2003
ULN2003 stepper motor driver PCB adalah interface penggerak langsung antara mikrokontroler dan motor stepper dengan daya input 5 VDC sampai 12 VDC [7]. Modul ini menyediakan 4 input untuk koneksi ke  mikrokontroler,  catu  daya  koneksi  untuk tegangan motor stepper ,  dan  jumper  ON  / OFF ,  header motor stepper terhubung langsung dan 4 LED untuk menunjukkan status melangkah.

## Stepper Motor BY28J

## Gambar 6. Stepper Motor BY28J
Motor stepper adalah  perangkat  elektromekanikal  yang  mengubah  pulsa  listrik  menjadi  gerakan mekanis  [8].  Poros  pada motor stepper akan  berputar  sesuai  dengan  perintah  dari  pulsa  listrik  yang dikirimkan.  Urutan  pulsa  tersebut  berkaitan  langsung  dengan  arah  putaran  poros motor .  Sedangkan, kecepatan  putaran motor berkaitan  dengan  frekuensi  pulsa  input  dan  panjang  putaran  berkaitan  dengan jumlah pulsa yang diterapkan.

## Arduino IDE

## Gambar 7. Arduino IDE
Arduino IDE adalah software yang disediakan di situs http://arduino.cc/en/main/software yang dapat digunakan pada platform Windows, Mac OS X, dan Linux. Arduino IDE, dapat membuat sketch, memeriksa sketch, dan mengunggah sketch yang sudah terkompilasi ke papan Arduino. Sketch yang ditulis dalam editor teks  disimpan  dengan  ekstensi filename .ino.  Arduino  IDE  dibuat  dari  bahasa  pemrograman  java.  Arduino IDE juga dilengkapi dengan library C/C++ yang biasa disebut wiring yang membuat operasi input dan output menjadi lebih mudah. Secara garis besar, pemrograman pada Arduino IDE terdiri dari 3 section yaitu header, setup, dan loop.

## Blynk App

## Gambar 8. Blynk App
B lynk merupakan platform sistem operasi Android sebagai kendali pada modul Arduino, Raspberry Pi,  ESP8266  dan  perangkat  sejenis  lainnya  melalui  internet  [9].  Aplikasi Blynk memiliki  3  komponen utama.yaitu  aplikasi, server ,  dan libraries . Blynk  server berfungsi  untuk  menangani  semua  komunikasi

## JTEV (Jurnal Teknik Elektro dan Vokasional) Vol. 8 No. 1 (2022)
diantara smartphone dan hardware. Aplikasi blynk memiliki  beberapa widget yang  dapat  digunakan  dan disesuaikan  dengan  desain  yang  diinginkan. Blynk menjadi platform untuk  melakukan  fungsi remote, kontrol ,  notification, dll sesuai  dengan  program  yang  sebelumnya  telah  dibuat  pada  Arduino  IDE. Blynk tidak terikat dengan board controller apapun, sehingga dapat digunakan secara mobile.

## METODE
Penggunaan  komponen hardware penyusun  diatas  ditetapkan  setelah  dilakukan  pengukuran tegangan  operasi  maupun standby pada  NDB  ND200S.  Penelitian  ini  mengadopsi,  mengkombinasi,  dan memperbarui  daripada  penelitian  terdahulu  yang  masih  dapat  dikembangkan  dan  kemudian  diaplikasikan pada peralatan navigasi penerbangan.

## Blok Diagram
Rancangan RCMS akan menampilkan informasi parameter VSWR ke perangkat android pengguna yang dapat diakses dimana saja dan kapan saja. Serta fungsi control yang bersifat otomatis pada pergerakan motor inner  loading  coil sebagai tunner sesuai  dengan  perubahan  nilai  VSWR.  Berikut  blok  diagram  dari keseluruhan sistem rancangan :

## Gambar 9. Blok Diagram Rancangan
Tabel 1. Fungsi Komponen No. Komponen Fungsi 1. NodeMCU ESP8266 Mikrokontroller dan interface WiFi untuk fungsi IoT 2. ADS1115 Mengkonversi signal analog ke digital 4. Voltage Divider Membagi tegangan agar sesuai dengan tegangan input ADS1115 5. Driver ULN2003 Interface kendali mikrokontroller dengan stepper 6. Stepper Motor Penggerak otomatis inner loading coil sebagai tunner 7. Perangkat Android Perangkat IoT rancangan
8. Inner Loading Coil Bagian tersambung secara mekanikal dengan stepper motor sebagai fungsi tunning

## Flowchart
Flowchart merupakan  algoritma  sistem  kerja  dari  rancangan  secara  keseluruhan. Flowchart juga menjadi acuan dalam proses pembuatan perintah sesuai dengan program kerja. Berikut merupakan flowchart rancangan :

## Gambar 10. Flowchart Rancangan

## Uji Coba
Proses uji coba dilakukan untuk mengetahui apakah rancangan sesuai dengan konsep yang telah ditentukan dan program yang telah di load pada mikrokontroller. Berikut merupakan kriteria pengujian pada rancangan ini :
1. Alarm VSWR RCMS
Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  apakah  indikator alarm akan  menyala  sesuai  dengan program  yang  telah  dibuat.  Pada  rancangan  diprogram  LED  akan  menyala  apabila parameter VSWR bernilai <1 dan >2. Dari hasil uji coba tersebut, didapatkan hasil sebagai berikut :

## Tabel 2. Hasil Uji Coba Alarm VSWR RCMS
Parameter VSWR Status LED 1 – 2 Mati < 1 Menyala >2 Menyala
Gambar 11. Status Perangkat Normal

## Gambar 12. Status Perangkat Alarm
2. Alarm dan notifikasi pada perangkat android
Pengujian  ini  dilakukan  untuk  membuktikan  bahwa user akan  menerima  notifikasi  maupun peringatan  secara  visual  melalui  LED widget pada  perangkat  android  apabila  terjadi  ketidaksesuaian parameter VSWR  yang  terbaca  pada  rancangan.  Hal  ini  bertujuan  agar user dapat  mengetahui  kondisi peralatan secara mobile dan realtime. Hasil uji coba sebagai berikut :
Tabel 3. Hasil Uji Coba Alarm dan Notifikasi Perangkat Android
Parameter VSWR LED Widget Notifikasi VSWR 1 – 2 Mati Tidak VSWR <1 Menyala Ya VSWR >2 Menyala Ya
Gambar 13. Status Remote Normal Gambar 14. Status Remote Alarm
Gambar 15. Notifikasi Pada Perangkat Android

## 3. Otomatisasi Stepper Motor
Pengujian ini  dilakukan  untuk  membuktikan bahwa stepper akan  menggerakkan inner  loading  coil hingga nilai reflected berubah yang menyebabkan VSWR juga berubah. Pada program ini, stepper akan menggerakkan inner  loading  coil sebagai tunner apabila  nilai parameter VSWR  >  1.5.  Jika parameter VSWR  bernilai  1  –  1.5, motor  stepper akan  berhenti  dan  mempertahankan  posisi.  Dari  hasil  uji  coba, didapatkan hasil sebagai berikut :

## Tabel 4. Hasil Uji Coba Otomatisasi Stepper
Parameter VSWR Kondisi Stepper Motor VSWR 1 – 1.5 Berhenti VSWR >1.5 Menggerakkan Inner Loading Coil

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil ujicoba, rancangan RCMS pada peralatan NDB  Nautel ND200S dapat berjalan dengan baik dan sesuai dengan program yang telah dibuat.
1. Interpretasi hasil uji coba alarm parameter VSWR rancangan Pada program telah dirancang batas limit untuk nilai VSWR yang dapat dikategorikan normal dan alarm. Yaitu nilai normal berada pada rentang 1 – 2. Sedangkan nilai yang dikategorikan alarm yaitu <1 dan >2. Jika  terjadi  ketidaksesuaian parameter sesuai  dengan alarm limit yang  telah  ditetapkan,  secara  otomatis LED  pada  rancangan  akan  menyala.  Jika parameter masih  dalam  batas  toleransi,  maka  tidak  muncul alarm.
2. Interpretasi hasil uji coba alarm parameter VSWR blynk Pada program telah dirancang batas limit untuk nilai VSWR yang dapat dikategorikan normal dan alarm. Yaitu nilai normal berada pada rentang 1 – 2. Sedangkan nilai yang dikategorikan alarm yaitu <1 dan >2. Jika parameter VSWR diluar limit yang telah ditentukan, secara otomatis user akan menerima notifikasi dari  aplikasi blynk dan  LED widget pada  GUI  juga  akan  menyala.  Sedangkan  apabila  kedua parameter tersebut  masih  di  dalam  toleransi, user tidak  akan  menerima  notifikasi  apapun.  Hal  ini  berguna  sebagai awareness kepada user.
3. Interpretasi hasil uji coba otomatisasi stepper motor Inner  loading  coil yang  ada  di  dalam  ATU  berfungsi  untuk  menyelaraskan  secara  kontinu  nilai  C  yang akan  berpengaruh  pada  nilai  VSWR  yang  terbentuk.  Pada  mikrokontroller  telah  di  program,  untuk  nilai VSWR  1  –  1.5 stepper  motor tidak  akan  bergerak  untuk  menyesuaikan  nilai  C  yang  timbul  dari perubahan  medan  magnet  oleh inner  loading  coil di  dalam  ATU.  Namun  pada  nilai  VSWR  diatas  1.5, stepper motor akan di program untuk  menggerakkan inner loading coil yang akan  melakukan adjusting nilai C sehingga nilai VSWR berubah dan kembali ke batas normal/

## PENUTUP
Berdasarkan  hasil  pengujian,  rancangan  RCMS  dapat  bekerja  dengan  baik  sesuai  dengan  konsep  awal yang  ditentukan  juga  dengan  program  yang  dijalankan  pada  NodeMCU  ESP8266  melalui  Arduino  IDE. Fungsi remote perangkat  RCMS  ini  dibatasi  hanya  dapat  melakukan remote  parameter VSWR.  Kemudian fungsi control yang bersifat otomatis dijalankan pada stepper motor yang menggerakkan inner loading coil pada  ATU  sehingga  dapat  berfungsi  sebagai tunner. Berikut  merupakan  resume  dari  ukuran  capaian  hasil dan akurasi yang telah ditetapkan sesuai dengan program :

## Tabel 5. Ukuran Capaian Hasil dan Akurasi
Nilai VSWR Alarm LED Alarm Notifikasi Pergerakan Inner Loading Coil < 1 V V V 1.0 X X X 1.1 X X X 1.2 X X X 1.3 X X X 1.4 X X X
1.5 X X X 1.6 X X V 1.7 X X V 1.8 X X V 1.9 X X V 2.0 X X V >2 V V V

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Republik  Indonesia,  “Keputusan  Direktur  Jenderal  Perhubungan  Udara”,  dalam SKEP/113/VI/2002 , Jakarta:2002, p.8.
[2] Pebri  Yanti  Hutahaean,  “Rancangan  Monitoring  NDB  Nautel  ND200  Menggunakan  Teknologi Informasi Berbasis Web”, Tangerang : Sekolah Tinggi Penerbangan Indonesia, 2012, p.11
[3] N.M.  Milind,  S.B.  Sunil,  and  Y.S.  Murlidhar,  “AUTOMATIC  HF  ANTENNA  TUNNER,” International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), vol:05 issue:03, Mar. 2018.
[4] S. Samsugi, Ardiansyah, and D. Kastutara, “INTERNET OF THINGS (IOT): Sistem Kendali Jarak Jauh Berbasis Arduino Dan Modul Wifi Esp8266,” Pros. Semin. Nas. ReTII , vol. 1.0, no. 22, p. 100, 2018.
[5] Henry, “Arduino
ADS1115 Module Getting Started Tutorial.” Available :
http://henrysbench.capnfatz.com/henrys-bench/arduino-voltage-measurements/arduino-ads1115- module-getting-started-tutorial/..
[6] Handsontec,  “Handson  Technology  User  Manual  V  1.2,  Hanson  Technology”.  Available: http://www.handsontec.com/pdf_learn/esp8266-V10.pdf.
[7] S. M. Connection and M. Connection, “4 Phase ULN2003 Stepper Motor Driver PCB,” pp. 4–6.
[8] Abdul Kadir, “Buku Pintar Pemrograman Arduino”, Yogyakarta : MediaKom. 2015.
[9] Handi,  H.  Fitriyah,  and  G.E.  Setyawan,  ”Sistem  Pemantauan  Menggunakan  Blynk  dan  Pengendalian Penyiraman  Tanaman  Jamur  Dengan  Metode  Fuzzy”.  Jurnal  Pengembangan  Teknologi  Informasi  dan Ilmu Komputer.3(4),3258. 2019. Available:
http://j-ptiik.ub.ac.id/index.php/j- ptiik/article/download/4907/2308/

## Biodata Penulis
Uswatun  Hasanah, lahir  di  Bekasi,  18  Maret  1998.  Sarjana  Teknik  Terapan  di  Program  Studi  Teknik Navigasi Udara, Jurusan Teknik Penerbangan, Politeknik Penerbangan Indonesia 2020.
Muh Wildan, lahir di Purworejo, 30 Mei 1977. Menyelesaikan Sarjana (S1) pada Jurusan Teknik Elektro di Universitas Borneo Tarakan tahun 2007 dan Pascasarjana (S2) Magister Teknik pada jurusan Teknik Elektro di  Universitas  Indonesia  tahun  2014.  Sejak  tahun  2019  menjadi  dosen  tetap  di  jurusan  Teknik  Navigasi Udara – Politeknik Penerbangan Indonesia Curug.
Tohazen, lahir  di  Jakarta,  18  Maret  1976.  Menyelesaikan  Sarjana  (S1)  di  Universitas  Pancasila  dan kemudian melanjutkan Pendidikan Pascasarjana (S2) di Politeknik Negeri Jakarta. Sejak tahun 2008 menjadi dosen  tetap  Teknik  Elektro  Politeknik  Negeri  Jakarata  dan  menjadi  dosen  Program  Studi  Teknik  Navigasi Udara Politeknik Penerbangan Indonesia sejak tahun 2019.