## ANALISIS DATA SENSOR ACCELEROMETER PADA UJI TERBANG ROKET EKSPERIMEN LAPAN TIPE RX–200

## (ANALYSIS SENSOR DATA ACCELEROMETER IN FLIGHT TEST ROCKET EXPERIMENT LAPAN TYPE RX-200)
Kurdianto dan Endro Artono Pusat Teknologi Roket Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional Jl. Raya LAPAN No. 2, Mekarsari, Rumpin, Bogor 16350 Indonesia e-mail: kurdianto@gmail.com
Diterima 29 Oktober 2015; Direvisi 19 November 2015; Disetujui 27 November 2015

## ABSTRACT
RX-200 is a ballistic model rocket with diameter of 200 mm. It has a payload in the form of motion  sensing  sensors-based  microprocessor  which  is  equipped  with  a          6-Degree  of  Freedom  (6- DOF)  Inertial  Measurement  Unit  (IMU)  and  onboard  telemetry  system  using a  frequency  of 900MHz. RX-200 flying characteristics during flight test can be analyzed from the motion-sensing sensor data received using omni antenna 900MHz and yagi antenna 900 MHz. From analysis of the data received, the  rocket  is  accelerated  by  up  to  19.2G,  burning  out  occurs  in  7.09  seconds,  at  an  altitude  by General Position System (GPS) of 1952 m or 1.9 Km. Keywords: Accelerometer sensor, Microprocessor, Ground station

## ABSTRAK
Roket RX–200 adalah jenis roket model balistik dengan diameter 200mm. Roket ini dilengkapi dengan  muatan  ( payload) berupa  sensor  pengindera  gerak  berbasiskan  mikroprosesor  berupa 6- Degree  of  Freedom (6-DOF) Inertial  Measurement  Unit (IMU)  dan  sistem  telemetri onboard dengan menggunakan frekuensi 900MHz. Karakteristik terbang roket RX-200 saat uji terbang dapat dianalisis dari data sensor pengindera gerak yang diterima menggunakan antena omni 900MHz dan antena yagi 900MHz.  Dari  data  yang  diterima,  roket  mengalami  percepatan  hingga  sebesar  19.2G, burning  out terjadi  pada  detik  ke  7.09,  dengan  ketinggian  terbang  roket  dari General  Position  System (GPS) mencapai 1952 m atau 1.9 Km.
Kata Kunci: Sensor Accelerometer, Mikroprosesor, Ground station

## 1  PENDAHULUAN
Peluncuran roket eksperimen LAPAN  jenis  RX–200  ini  dilakukan  pada Juni  2010  di  LAPAN  Pameungpeuk, Jawa  Barat.  Jenis  roket  ini  dinamakan RX–200  memiliki  maksud  dan  tujuan yaitu  roket  eksperimen  berdiameter  200 mm yang dilengkapi dengan  6- Degree of Freedom ( 6-DOF ) Inertial  Measurement Unit (IMU)  berupa  sensor  accelerometer dan  gyroscope  serta  telemetri  sistem  di onboard  maupun  di ground  station . Sehingga jenis roket RX–200 ini memiliki misi untuk menguji sensor-sensor dinamik dan menguji algoritma flight sequences .
1.1 Roket RX-200
Gambar berikut adalah roket RX- 200  yang  telah  siap untuk  diuji  terbang pada sudut elevasi 70°.
Gambar 1-1: Roket RX-200 di launching pad
Untuk  memperoleh  data  sensor pada roket RX–200 harus disiapkan pula sistem  telemetri  di ground  station .  Sistem
telemetri  di ground  station terdiri  dari beberapa  jenis  antena  yang  terpasang, diantaranya:  antena  omni  dan  antena yagi,  kedua  antena  tersebut  memiliki frekuensi  sebesar  900  MHz  sesuai dengan  frekuensi  radio  yang  terpasang pada payload roket  RX–200  sebagai pengirim data.
Dalam  rangka  menganalisa  data sensor maka penempatan ground station terbagi  menjadi  2  (dua)  lokasi,  yaitu  di bagian depan ( main ground station ) yang berada 300 meter dari area launcher dan di  bagian  belakang  ( secondary  ground station )  yang  berada  1  km  di  belakang launcher .  Lokasi ground  station tersebut dapat dilihat pada Gambar 1-2.
Gambar 1-2: Lokasi ground  station [http:// www.earth.google.com ]

## 2  TEORI DASAR
2.1 6-Degree  Of  Freedom  (6-DOF)
Inertial  Measurement  Unit (IMU)
[Kurdianto, 2014]
IMU  yang  terdiri  dari  sensor accelerometer dan  sensor gyroscope memiliki  basis  berdasarkan  koordinat sumbu  benda  dan  koordinat  navigasi. Adapun  sensor accelerometer yang digunakan  untuk  IMU  dalam  penelitian ini adalah MMA7260 dan MMA2202.
Keluaran dari accelerometer adalah acceleration (percepatan:  a x (t),  a y (t),  dan a z (t)  dalam  meter/detik²  dan  keluaran gyroscope adalah angular velocity (kecepatan  sudut  berupa:  p  ( roll ),  q ( pitch ) dan r ( yaw ) dalam radian/detik.
Gambar 2-1: 6-DOF  (6- Degree  of  Freedom ) [Setyasaputra, Nurmajid, 2013]
IMU pada umumnya dapat meng- hasilkan  data  antara  1  hingga  200 data/mili detik. Keluaran dari gyroscope dimasukkan  dalam  persamaan  Euler dengan  menggunakan  empat  parameter Euler  (e 0 , e 1 , e 2 dan e 3 ),  dan  persamaan parameter  Quaternion  ( dan ). Persamaan  Euler  tersebut  digantikan dengan  persamaan  Quternion,  sehingga setiap  persamaannya  akan  digunakan untuk perhitungan, sedangkan persamaan Euler hanya digunakan sebagai langkah awal pada inisialisasi penentuan parameter.

## Integrasi sudut Euler [Kurdianto, 2014]
(2-1)
Parameter Euler dan Quartenion
(2-2) dengan
(2-3)
Sehingga  dari  persamaan  (2-1)  sampai (2-3) diperoleh persamaan sudut Euler:
(2-4)
(2-5) (2-6)

## 2.2 Sensor  Accelerometer  MMA7260 (4G)
MMA7260  merupakan  sensor accelerometer yang  digunakan  untuk mengukur  percepatan,  mendeteksi  dan mengukur  getaran  (vibrasi)  hingga  2G, dan mengukur percepatan akibat gravitasi  [Widada  Wahyu,  2009].  Sensor accelerometer mengukur percepatan dari 3  sumbu  (axis)  gerakan  akibat  gerakan benda yang melekat  padanya  [Pedley M, 2013].  Tiga  sumbu  tersebut  terdiri  dari sumbu  x,  y  dan  z.  Nilai  tegangan input pada sensor ini sebesar 3 volt.
Gambar 2-2: Sensor  MMA7260  [http://www. sparkfun.com ]

## 2.3 Sensor  Accelerometer  MMA2202 (50G)
MMA2202 merupakan sensor accelerometer yang  digunakan  untuk mengukur  percepatan,  mendeteksi  dan mengukur  getaran  (vibrasi)  hingga  50G, dan mengukur percepatan akibat gravitasi  [Widada  Wahyu,  2007].  Sensor accelerometer mengukur percepatan dari 1  sumbu  (axis)  gerakan  akibat  gerakan benda  yang  melekat  padanya.  Satu sumbu  tersebut  terdiri  dari  sumbu  x. Nilai  tegangan input pada  sensor  ini sebesar 5 volt.

## 3  DESAIN DAN REALISASI
3.1 Desain Print Circuit Board (PCB) Untuk membuat desain PCB maka terlebih  dahulu  merancang  rangkaian skematiknya yang menggunakan program DXP/ Protel  Electronic .  Desain  skematik dilakukan  pada  tiap  blok  sistem  agar memudahkan dalam merancang penem- patan komponen elektronik.

## 3.1.1 Blok sistem mikrokontroler
Mikrokontroler  yang  digunakan pada  blok  sistem  ini  adalah  ATMEGA32 yang  merupakan  keluaran  dari  ATMEL serta  mempunyai  arsitektur Reduce Instruction  Set  Computer (RISC)  yang setiap  proses  eksekusi  data  lebih  cepat dari pada arsitektur Completed Instruction Set Computer (CISC) [Pack D., Barrett S., 2012]. Mikroprosesor ATMEGA 32 memiliki tegangan input sebesar 5 Volt.
Gambar 3-1: Skematik blok sistem mikrokontroler
3.1.2  Blok  sistem  sensor  [Mitchell  H, 2012]
Sensor yang digunakan pada pene- litian  ini  adalah  sensor accelerometer MMA7260, sensor accelerometer MMA2202, sensor gyroscope IDG300  serta  sensor gyroscope ADXRS300.
Masing-masing  sensor  memiliki karakteristik  tegangan input -nya.  Untuk sensor accelerometer MMA7260 memiliki tegangan input sebesar  3  volt  dan  daya tahan  vibrasi  2G.  Sedangkan  untuk sensor accelerometer MMA2202 memiliki tegangan input sebesar 5 volt  dan daya tahan  vibrasi  50G.  Sensor gyroscope IDG300 memiliki tegangan input sebesar 3  volt.  Sedangkan  sensor gyroscope
ADXRS300  memiliki  tegangan  input sebesar 5 volt.

## Gambar 3-2: Skematik blok sistem sensor
Cara  kerja  dari  rangkaian  ini adalah  setelah  mendapatkan  tegangan sebesar  5  volt  dan  3  volt  maka  masing- masing  sensor  mengeluarkan  data  yang sudah  diprogram  melalui  rangkaian main board . Agar mendapatkan keluaran sinyal  yang  bagus  maka  dipasang rangkaian filter pada  masing-masing sensor.
3.1.3 Blok sistem power supply Blok ini berfungsi sebagai sumber tegangan  berupa Direct  Current (DC). Tegangan  masukan  berupa  DC power cukup sebesar 7 volt, kemudian tegangan masukan  itu  mengalir  ke  rangkaian serial data sebesar 5 Volt serta tegangan masukan itu juga mengalir ke rangkaian sensor yang terhubung dengan rangkaian microprocessor sebesar 3 Volt, kemudian output dari  rangkaian  tersebut  dikirim melalui  radio  yang  berfungsi  sebagai transmitter  (mengirim  data). Berikut gambar skematik pada blok ini:
Gambar 3-3: Skematik blok sistem power supply

## 3.2 Realisasi Desain PCB
Realisasi  desain  PCB  ini  adalah proses  pemasangan  komponen  elektronik sesuai rangkaian skematik yang telah di desain sebelumnya. Gambar 3-4 dan 3-5 menampilkan  hasil  desain  PCB  muatan roket  berupa  sensor  pengindera  gerak yang  dilengkapi dengan 6-Degree  of Freedom  (6-DOF)  Inertial  Measurement Unit (IMU).
Gambar 3-4: Desain PCB layout Gambar 3-5: Desain PCB 6-DOF IMU
4 GROUND STATION (GS) [Kurdianto, 2014]
Ground station merupakan tempat untuk merekam data muatan roket saat uji terbang.
Payload yang  sudah  terintegrasi dan  siap  untuk  dilakukan  uji  terbang serta  sistem ground  stasion yang  sudah terpasang  merupakan  paket  dalam persiapan uji terbang.
Sistem  yang  terpasang  pada ground  station terdiri  dari:  Sistem
telemetri,  sistem receiver data  serta sistem control .
Pada uji terbang roket RX–200 ini memiliki  2  (dua) ground  station dengan tempat  dan  jarak  yang  berbeda.  Hal  ini dilakukan  agar  dapat  menerima  data payload roket RX–200 dari berbagai posisi. Sistem  telemetri  terdiri  dari: antena yagi dan antena omni, kabel data antenna  yagi  dan  kabel  data  antenna omni  disertai  konektornya  masing- masing  yang  terhubung  antara  antena dengan sistem receiver data. Gambar 4-1 menampilkan pemasangan sistem telemetri.
Gambar 4-1: Pemasangan sistem telemetri
Sistem receiver data  terdiri  dari: Receiver  data  box,  laptop,  power  supply . Sistem  ini  berfungsi  untuk  merekam data payload saat  uji  terbang.  Sehingga dapat  diketahui  karakter  dan  gerakan roket saat terbang.
istem  kontrol  terdiri  dari: Firing box ,  layar  TV, power  supply .  Sistem  ini berfungsi  untuk  mengkontrol  seluruh persiapan  uji  terbang  dan  meluncurkan roket  bila  sudah  siap  semua  sistem. Gambar  4-2  menampilkan  pemasangan sistem  di ground  station yang  telah disiapkan sebelum dilakukan uji terbang.
5  HASIL DAN ANALISA UJI TERBANG  ROKET  EKSPERIMEN RX–200 Seperti disampaikan
sebelumnya  terkait ground  station yang terpasang  pada  uji  terbang  ini  terdiri dari  2  (dua)  tempat  yaitu  GS  yang terpasang  di  posisi  dekat  launcher  area yang  menggunakan  antenna  omni  dan GS  yang  terpasang  di  posisi  gedung radar  (jaraknya  1  KM  dari  belakang launcher area).  Dengan  demikian  data payload yang  diperoleh  oleh  sistem receiver data  adalah  dua  data ground station . Berikut adalah hasil data payload pada  uji  terbang  roket  eksperimen  RX– 200:

## 5.1 Data Sensor Aselerasi 50G Sumbu X
Data aselerasi dari sensor accelerometer 50G  pada  sumbu  X  dapat dilihat pada Gambar 5-1.
Gambar 5-1: Grafik  Data  aselerasi  dari  sensor accelerometer 50G pada sumbu X
Dari grafik tersebut terlihat, bahwa ground  station hanya  menerima  data roket terbang hingga 7.13 detik. Aselerasi tertinggi  terjadi  pada  detik  ke  4.78 dengan  besar  aselerasi  hingga  19.2  G. Pada  detik  ke  7.07,  terjadi  lonjakan aselerasi yang besar, dengan perubahan aselerasi  sebesar  4.1  G  dalam  waktu 0.02  detik.  Pada  detik  berikutnya  juga terjadi  perubahan  aselerasi  yang  sangat besar  dengan  arah  negatif  (terjadi perlambatan),  -27.27  G,  dalam  waktu 0.03  detik.  Dengan  perubahan  selerasi yang  sedemikian  besar  pada  kurun waktu  yang  sangat  singkat,  hal  ini
menunjukkan  terjadi  gangguan  yang sangat signifikan pada roket. Hal ini pula yang  kemungkinan  menjadi  penyebab terputusnya  data  transmisi  muatan pada detik ke 7.13.

## 5.2 Data Sensor Aselerasi 4G Sumbu Y dan Z
Gambar 5-2, grafik data aselerasi dari sensor accelerometer 4G pada sumbu Y dan Z:
Gambar 5-2: Grafik  Data  aselerasi  dari  sensor accelerometer 4G  pada  sumbu  Y dan Z
Dari  grafik  tersebut  dapat  dilihat sejak awal roket terbang hingga detik ke 7,  nilai  aselerasi  pada  sumbu  Y  dan  Z tidak terlalu besar, berkisar dari 0 hingga 0.25  G.  Dengan  nilai  tersebut,  meng- gambarkan bahwa roket terbang dengan normal.  Namun  setelah  melewati  detik ke  7.05,  data  menunjukkan  terjadi kenaikan  aselerasi  pada  kedua  arah sumbu.

## 6  KESIMPULAN
Dari data sensor pengindera gerak berupa  sensor accelerometer MMA7260 dan  MMA2202  yang  diterima  oleh ground  station dapat  digunakan  untuk mengetahui  gerak  roket  saat  dilakukan uji terbang.
Dari  data accelerometer dapat diketahui  bahwa  roket  mengalami percepatan maksimal hingga 19,2G. Dari General  Position  System (GPS)  dengan ketinggian  terbang  roket  RX-200  pada data  terakhir  yang  diterima  diketahui mencapai 1952 m atau 1.9 Km.
-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 0, 00 0, 33 0, 65 0, 98 1, 32 1, 65 1, 98 2, 32 2, 65 2, 98 3, 30 3, 63 3, 97 4, 31 4, 65 4, 99 5, 33 5, 66 6, 00 6, 34 6, 68 7, 01 A se ler as i (G ) Waktu (detik) Sensor accelerometer 50G -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0, 00 0, 33 0, 65 0, 98 1, 32 1, 65 1, 98 2, 32 2, 65 2, 98 3, 30 3, 63 3, 97 4, 31 4, 65 4, 99 5, 33 5, 66 6, 00 6, 34 6, 68 7, 01 A se ler as i (G ) Waktu (detik)

## Sensor aselerasi sumbu Y dan Z
Accelerometer Y Accelerometer Z
Roket mengalami anomali/ketidak- stabilan  gerakan  pada  detik  ke  7.07, sehingga  mengakibatkan  terputusnya data payload roket pada detik ke 7.13.
Setelah terputusnya data payload roket,  maka  gerak  roket  tidak  dapat diketahui lagi.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapkan  terima  kasih  ditujukan kepada  Herma  Yudhi  Irwanto  sebagai peneliti  madya  dan  seluruh  tim  bidang kendali serta tim peluncuran uji terbang roket LAPAN.

## DAFTAR RUJUKAN
http://www.earth.google.com  diakses  pada  2 Maret 2010. http://www.sparkfun.com  diakses  pada  9 Maret 2010.
Kurdianto, 2014. Analisa Sistem Penerima Data Muatan Roket LAPAN Berbasis Maxstream 900MHz, SIPTEKGAN XVIII - LAPAN .
Kurdianto,  2014. Pengujian  Sistem  Muatan Pada  Roket  Eksperimen  LAPAN  Jenis RKX-100,  RTX-100  and  RWX-200,
Jurnal Teknologi Dirgantara - LAPAN.
Kurdianto,  2014. Testing  Payload  System  in Rocket Experimen LAPAN Type RKX-100,
RTX-100  and  RWX-200, Journal  of Aerospace Technology - LAPAN. Mitchell  H, Sensor  Management.  Book  of  Data Fusion: Concepts and Ideas 2012. ISBN : 978-3-642-27221-9, 978-3-642-27222-6. Pack  D.,  Barrett  S.,  2012. Atmel  AVR Microcontroller  Primer:  Progamming  and Interfacing,  Second  Edition. Publication of  Synthesis  Lectures  on  Digital  Circuits and Systems, ISBN : 9781598295412. Pedley  M.,    2013. Tilt  Sensing  Using  a  Three- Axis Accelerometer, Journal of Freescale Semiconductor Application Notes . RoHs, Data  sheet  MMA2202,MMA7260,IDG300 and ADXRS300.
Setyasaputra,  Nurmajid,  2013. Design  and Implementation of Flight Controller Using IMU  6-DOF  and  Quaternion  Method  For Aero Robot Application, Jurnal Teknologi Dirgantara - LAPAN.
Widada  Wahyu.,  Hadi  P.Sasongko.,  Susanto Adhi, Wahyudi,  2009. Penentuan Faktor Kalibrasi Accelerometer MMA7260Q Pada  Ketiga  Sumbu, Transmisi-Jurnal Teknik Elektro, Jilid 11, Nomor 1, Maret. Widada  Wahyu.,  Wiryadinata  Romi,  2007.
Development  of  Inertial  Navigation System  for  Guided  Rocket  Flight  Test, SIPTEKGAN XI 2007.