## ANALISA KEAKURATAN SENSOR SUHU ANALOG MODUL APRS SATELIT LAPAN-A2 DENGAN MENGGUNAKAN MODUL UJI VALIDASI (ANALISYS OF ANALOGUE TEMPERATURE SENSOR ACCURACY ON LAPAN-A2 SATELLITE APRS MODULE USING VALIDATION TEST MODULE)
Andi Muhktar Tahir *)1 ,  Deddy El Amin **)
*) Peneliti Pusat Teknologi Satelit, LAPAN
**) Perekayasa Pusat Teknologi Satelit, LAPAN
1 e-mail: andimukhtar@gmail.com

## ABSTRACT
Due to its nature of commercial, APRS module, one of Lapan-A2 micro satellite payloads,  needs  thermal  test  in  order  to  know  how  accurate  analogue  temperature sensor contained therein. Using thermal chamber VC 3 4018, the thermal test basically is  intended  not  only  to  measure  the  APRS  module  temperature  including  its surrounding  space,  but  also  to  know  the  module  durability  over  the  temperature changes in orbit.
The  testing  process  has  been  starting  by  putting  the  analogue  temperature  sensor together with a digital sensor, and have been directly validated by the data of two digital temperature sensors inside the chamber throughout the process. The validation data of both  sensors  fundamentally  have  been  controlling  first  by  a  micro  controlled  module, namely " Modul Uji Validasi", before sending to the APRS module. This flow enable that information of four sensors can be out simultaneously. Applying ±1°C of error margin, the graph of temperature versus time as final result shows that the data of the analogue sensor is less accurate for temperature above 30°C.
Keywords: APRS, Lapan-A2 satellite, Temperature sensor, Validation test .

## ABSTRAK
Modul Automatic  Position  Reporting  System (APRS ) merupakan  salah  satu muatan  Satelit  Lapan-A2  (Lapan-Orari),  sebuah  mikro  satelit  yang  mempunyai  misi penanggulangan  bencana  alam.  Modul  APRS  yang  digunakan  oleh  Lapan-A2 merupakan  produk  komersial  sehingga  perlu  dilakukan  pengujian thermal sebelum diluncurkan,  terutama  untuk  mengukur  keakuratan  data  dari  sensor  suhu  analog yang terdapat di dalamnya. Pengujian thermal dengan menggunakan thermal chamber VC 3 4018  terhadap  sensor  analog  selain  berfungsi  untuk  mengukur  temperatur  dari APRS itu sendiri dan suhu ruang di sekitarnya, pada dasarnya juga bertujuan untuk mengetahui daya tahan modul APRS terhadap perubahan suhu saat Lapan-A2 berada di orbit.
Dengan meletakkan sebuah sensor suhu dijital secara berdampingan langsung dengan sensor  suhu  analog  dalam  modul  APRS,  proses  pengujian  di  dalam thermal  chamber berlangsung.  Sebagai  acuan  untuk  proses  validasi  kedua  sensor  suhu  tersebut, dipergunakan data suhu yang diperoleh dari dua sensor suhu dijital yang diletakkan di dalam thermal chamber selama proses pengujian dan data ini diproses di dalam sebuah modul  mikrokontroler yang diberi  nama modul  uji  validasi  sebelum  dikirim ke modul APRS,  sehingga  nantinya  data  akhir  dari  keempat  sensor  suhu  keluar  bersamaan sehingga dengan mudah dapat langsung dibandingkan. Hasil akhir yang berupa grafik
temperatur  terhadap  waktu  menunjukkan  bahwa  dengan  menggunakan  rentang kesalahan  ±1°C,  sensor  analog  dari  modul  APRS  kurang  akurat  dalam  memberikan data terutama pada saat temperatur diatas 30°C.
Kata kunci : APRS, Satelit Lapan-A2, Sensor suhu, Uji validasi

## 1 PENDAHULUAN
Modul  APRS  yang  dipasang  pada satelit  LAPAN-ORARI  ini  merupakan modul  yang  direkomendasikan  oleh  tim ORARI,  modul  yang  sifatnya  komersial tersebut kemudian dimodifikasi oleh tim LAPAN dan dilakukan beberapa tahapan pengujian  seperti  tes thermal dan  tes vacuum sehingga  modul  tersebut  siap menjadi modul Flight Model (FM).
Muatan  APRS  ini  mempunyai misi  penanggulangan  bencana  alam yang    menyediakan  sarana  komunikasi untuk radio amatir di lokasi bencana [El Amin,  Deddy  et  al,  2014].  Selain dipergunakan  sebagai  alat  komunikasi, karena APRS ini juga dilengkapi dengan sensor  suhu  analog  (LM335)  sehingga bisa digunakan untuk mengukur temperatur  APRS  itu  sendiri  dan  suhu ruang  di  sekitarnya.  Namun  sebelum diluncurkan,  sensor  suhu  yang  ada pada  APRS  ini  perlu  divalidasi  pada thermal  chamber untuk  mengukur keakuratan  data  yang  dikeluarkan sensor  tersebut  dan  juga  ketahanan modul untuk berbagai suhu.
Permasalahan  muncul  karena thermal chamber yang digunakan keluarannya bersifat manual, pengombinasian data suhu sensor APRS yang  sedang  diuji  dengan  data  suhu thermal  chamber dilakukan  secara manual  di  perangkat  lunak  Excel, sehingga  tidak  memungkinkan  untuk mendapatkan  hasil  pembacaan  kedua sensor tersebut
dalam
waktu pengukuran yang sama.
Untuk
menanggulangi permasalahan  tersebut  maka  dibangun suatu  modul  mikrokontroler    yang disebut    modul  uji  validasi  yang dirancang  untuk  mengolah  data  sensor suhu  dijital  (DS18S20)  yang  dipasang sebagai pengganti dari data suhu thermal chamber , kemudian data tersebut dikirim    bersama-sama  dengan  data sensor  suhu  analog  dan  sensor  suhu dijital yang ada pada modul APRS untuk dianalisa.
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah untuk  memvalidasi  sensor  suhu  analog yang  ada  di  APRS  dengan  mengukur keakuratan datanya, dan menguji  daya tahan  modul  APRS  terhadap  berbagai macam temperatur.

## 2 METODOLOGI
Metode  yang  digunakan  untuk memvalidasi sensor suhu yang ada pada APRS  ini  adalah  membangun  suatu modul uji validasi untuk mengolah data dua  sensor  suhu  dijital  yang  bertindak sebagai  pembanding dan  pengganti  dari data suhu thermal chamber . Kedua data tersebut  beserta  data  sensor  suhu analog  dan  sensor  suhu  dijital  yang diletakkan  berdampingan  dalam box APRS dibandingkan menggunakan perangkat lunak LabView. Data tersebut kemudian  disimpan  dalam  file  Excel untuk  dianalisa.  Pada  Gambar  2-1 diperlihatkan  blok  diagram  proses pengujian  keakuratan  sensor  suhu analog APRS.
Langkah pertama dimulai dengan perancangan  Modul  uji  validasi  APRS, setelah  Modul  uji  validasi  selesai dibangun  dan  berjalan  dengan  baik maka  dilanjutkan  uji  validasi  sensor suhu  APRS.  Kemudian  data  dari keempat sensor suhu tersebut ditransmisikan melalui Modul APRS dan diterima  oleh  radio  penerima  yang dilengkapi  dengan  modem  sehingga datanya  bisa  langsung  ditransfer  ke komputer  dan diolah dengan perangkat lunak  LabView.  Hasil  keluaran  dari LabView  ini  berupa  grafik  untuk dianalisa selanjutnya.

## 3 DASAR TEORI
Komponen-komponen satelit  harus mampu  bertahan  pada  tekanan  fisik yang ekstrim selama perjalanan ke orbit, dan harus tetap beroperasi di lingkungan  yang  keras  di  ruang angkasa.  Interaksi  wahana  antariksa (satelit)  dengan  lingkungan  di  ruang angkasa  akan  membatasi  kemampuan wahana  antariksa  tersebut  yang  dapat mengakibatkan malfunctions atau loss of components/subsystems [Larson & Wertz, 2005].  Beberapa  faktor  lingkungan ruang  angkasa  diantaranya  adalah Pancaran  sinar  matahari  dan  pantulan cahaya  dari  bumi,  Gaya-gaya  gravitasi, medan  magnet  dan  listrik,  gas  netral, plasma,  partikel-partikel  bermuatan cepat,    Meteorid  dan  sampah  ruang angkasa.
Dalam dekade
terakhir,
peningkatan  dramatis  pada  pentingnya kehandalan  sistem  elektronik  untuk aplikasi ruang angkasa telah mempengaruhi  penelitian  lebih  dari perangkat  ini,  terutama  kehandalan yang berkaitan dengan suhu. Kegagalan komponen  sangat  bergantung  pada suhu di mana perangkat itu beroperasi. Ini  juga  berlaku  untuk  komponen- komponen  elektronik,  seperti  dioda, resistor  dan  kapasitor.  Komponen  ini ketika  digunakan  dalam  aplikasi  ruang angkasa  harus  menanggung  beban thermal keras  yang  disebabkan  oleh
lingkungan thermal ruang  angkasa. Beban thermal ini  menyebabkan  sistem elektronik bisa gagal melalui mekanisme seperti  propagasi  retak  sambungan solder,  patah  sambungan  mekanis  atau kerusakan listrik [H.-S, Seo  et al, 2012].
Satelit  Lapan-A2  yang  akan ditempatkan  pada  orbit  LEO  dengan ketinggian    sekitar  600  Km  di  atas permukaan  bumi  akan  mengalami unsur-unsur lingkungan ruang angkasa LEO  yang  terdiri  dari  vakum  tinggi, radiasi  ultraviolet  (UV),  siklus  thermal, atomik oksigen, partikel-partikel bermuatan,  radiasi  elektromagnetik, meteorid mikro dan puing-puing sampah antariksa buatan manusia yang secara signifikan menurunkan karakteristik  bahan  material.  Siklus thermal dari  +150°  C  sampai  -150  °C terjadi  antara  sisi  menghadap  matahari dan  sisi  menghadap  bayangan  dari satelit saat beroperasi di LEO [Joo-Hyun &  Chun-Gon,  2004].  Untuk  itu  tes simulasi  getaran  dan thermal ekstrem harus  dilakukan  sebelum  peluncuran, untuk  memastikan  semua  instrumen akan  bertahan  pada  cuaca  ekstrem  di ruang angkasa.
Tes thermal yang dilakukan disini selain  untuk  mengetahui  daya  tahan modul  juga  untuk  menguji  keakuratan sensor suhu analog yang ada pada APRS dengan membandingkan data suhu dari thermal  chamber .  Namun  kedua  data suhu  ini  tidak  dapat  dibandingkan serentak dalam waktu pengukuran yang sama,  sehingga  dirancang  suatu  modul yang  disebut  modul  uji  validasi. Rancangan  modul  uji  validasi  ini menggunakan  mikrokontroller  ATMega32 sebagai  prosesor  kontrol.  Prototipe Printed  Circuit  Board (PCB)  modul  uji validasi yang telah dibuat adalah seperti pada  Gambar  3-1.  Komunikasi  dari modul uji validasi ke APRS menggunakan data serial.
Prinsip  kerja  modul  ini  adalah membaca  data  dua  sensor  suhu  dijital yang  bertindak  sebagai  pengganti  dari data suhu thermal chamber (jadi thermal
chamber hanya  bersifat  pembangkit panas). Kemudian diperiksa apakah ada perubahan  suhu  yang  tejadi,  jika  ada perubahan maka modul tersebut mengirim  perintah  ke  modul  APRS untuk  merubah/memperbarui  isi  pesan APRS yang berupa informasi suhu. Jadi pesan  APRS  dijadikan  sebagai  sumber informasi  suhu.  Dengan  demikian modul  APRS  dapat  diuji  dalam  kondisi beroperasi sekaligus memberikan informasi  suhu.  Pada  Gambar  3-2 diperlihatkan contoh data dari isi pesan APRS yang berisi informasi suhu.
Gambar 3-1: Foto modul mikrokontroler pengujian thermal APRS
Gambar 3-2: Data  keluaran  APRS  yang  berisi informasi suhu

## 4 PEMBAHASAN DAN ANALISA
Setelah  rancang  bangun  modul uji  validasi  selesai  dan  hasil  tes menunjukkan    sistem  berjalan  dengan baik,  maka  dilanjutkan  dengan  tes validasi  sensor  suhu  APRS.  Tes  ini dilakukan  di  Laboratorium Thermal menggunakan thermal chamber tipe VC 3
4018  yang  ada  di  Pusteksat  Lapan Rancabungur. Thermal  chamber ini mempunyai  data  teknis  kinerja  untuk tes  temperatur  yaitu; range temperatur
(°C) -42 - +180, deviasi temperatur dalam waktu  (K)  ±  0,1  sampai  ±  0,5,  dan  nilai kalibrasi temperatur  +23 °C dan +80 °C [Votsch  Industrietechnik].  Insatalasi pengujian ditunjukkan pada Gambar 4-1.
Ada  empat  sensor  suhu  yang dibaca  dalam  pengetesan  ini,  yaitu  dua sensor  suhu  yang  berada  dalam box APRS  dan  dua  sensor  suhu  di  luar box APRS.  Sensor  suhu  yang  ada  di  dalam box APRS  adalah  sensor  suhu  analog LM335 yang merupakan sensor bawaan APRS  yang  akan  divalidasi  dan    sensor suhu  dijital  DS1820  yang  merupakan sensor suhu opsional (tambahan)
sebagai  pembanding  dari  sensor  suhu analog.  Sedangkan  dua  sensor  suhu yang  lainnya  berada  di  luar box merupakan  sensor  suhu  dijital  yang tipenya sama dengan sensor suhu dijital yang  ada  di  dalam box yaitu  DS1820. Satu  ditempatkan  tepat  di  atas box (menempel  pada box )    dan  satunya  lagi di  sekitar box seperti  ditunjukkan  pada Gambar  4-2,  tujuannya  adalah  sebagai pengganti atau mewakili data suhu dari thermal  chamber dan  diproses  pada modul  uji  validasi  sebelum    dikirim  ke APRS melalui antarmuka serial.
Data  dari  APRS  ditransmisikan melalui  frekuensi  radio  dan  diterima  di radio  penerima  yang  dilengkapi  dengan modem  (Radio  THD7)  sehingga  datanya bisa  langsung    ditransfer  ke  komputer dan  diproses  oleh  perangkat  lunak  Lab View seperti diperlihatkan pada Gambar 4-3 front  panel  software pengujian thermal APRS  dan  data  hasilnya disimpan dalam file Exel.
Dalam pengetesan dilakukan pengambilan  data  (sampling  data) sebanyak  2840  kali  dengan  interval waktu  5  sampai  6  detik  sesuai  hasil pembacaan  APRS,  dan  pengambilan data  dimulai  dari  suhu  60  °C  sampai dengan  -20  °C  dan  sebaliknya  secara kontinyu. Dari  hasil  tes  thermal  ini diperoleh grafik seperti pada Gambar 4-1.
APRS LM335 DS18S20 Radio Modul Mikrokontroler DS18S20 DS18S20 Radio w/ Modem APRS (THD7) LABview Analog 1Wire 1 W ir e 1 W ir e S e ri a l AFSK R S 2 3 2 Thermal Chamber
Gambar 4-1: Intalasi pengujian thermal modul APRS
Gambar 4-2: Modul APRS dengan 4 sensor suhu diuji didalam thermal chamber
Gambar 4-3: Front panel software pengujian thermal APRS
Perbandingan  data  dari  sensor suhu  yang  ada  di  dalam box ,  yaitu sensor  suhu  analog  LM335  yang merupakan  bawaan  APRS  yang  sedang diuji  dan  data  sensor  suhu  dijital DS18B20 yang bertindak sebagai kalibrator diperlihatkan pada Gambar 4- 4.  Dari  grafik  itu  terlihat  bahwa  untuk suhu dari -20 °C sampai 30 °C garisnya terlihat  hampir  berimpit  atau  nilainya
hampir sama, sedangkan untuk suhu di atas    30  °C  sampai  60  °C  nilainya berbeda  cukup  jauh.  Ini  menandakan bahwa untuk suhu diatas 30 °C, sensor suhu  analog  yang  ada  pada  APRS penunjukan datanya sudah tidak akurat.
Perbedaan  temperatur  diantara keduanya  secara  rinci  dapat  dilihat secara  jelas  pada  grafik  Gambar  4-5.
Gambar 4-4: Grafik hasil tes thermal sensor suhu
Gambar 4-5: Perbandingan temperatur sensor yang berada dalam box
-40 -20 0 20 40 60 80 1  116 231 346 461 576 691 806 921 1036 1151 1266 1381 1496 1611 1726 1841 1956 2071 2186 2301 2416 2531 2646 2761 T h e rm a l (C) Sampling Graphic Thermal Tes LM335 DS18B20 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 0 500 1000 1500 2000
2500 3000
Tem p e ratu r (° C) Data Pengukuran Perbandingan Temperatur LM335 DS18S20

## Gambar 4-6: Perbedaan temperatur yang terbaca pada kedua sensor
Dalam    grafik  ini  terlihat  ada perbedaan  hasil  pengukuran  pada  saat pengukuran  dimulai  dari  -20  °C  naik sampai 60 °C  (terlihat pada bagian atas dari  grafik)  dengan  hasil  pengukuran dari 60 °C turun ke -20 °C (pada bagian bawah  dari  grafik).  Pengukuran  pada temperatur  –20  °C  sampai  30  °C misalnya,  perbedaan  hasil  penunjukan sensor  suhu  analog  LM335  dengan sensor  suhu  dijital  DS18S20  pada  saat pengukuran  naik  (-20  °C  s.d  60  °C) sekitar ± 5°C, sedangkan pada pengukuran  dari  60  °C  sampai  –20  °C perbedaan  hasil  pembacaan  kedua sensor  tersebut  nilainya  kecil  atau sekitar  ±  1  °C.    Perbedaan    ini disebabkan  oleh  kesalahan  histerisis yaitu penyimpangan yang timbul sewaktu  melakukan  pengukuran  secara kontinyu dari dua arah yang berlawanan (dari atas ke bawah lalu dari bawah  ke  atas).  Histerisis  disebabkan pada  umumnya  oleh  adanya  deformasi elastis atau efek thermal pada komponen mekanisme alat ukur

## 5 KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  ini  dapat disimpulkan  bahwa  untuk  temperatur dari  -20 º C  sampai  30 ᵒ C,    penunjukan data sensor suhu analog yang ada pada
modul  APRS  masih  dianggap  valid karena  perbedaannya  dengan  sensor suhu  dijital  yang  dipakai  sebagai kalibrator  cuma  sedikit  yaitu  sekitar ±  1  °C,  sedangkan  untuk  temperatur 30 °C sampai 60 °C sensor suhu analog sudah  dianggap  tidak  valid  karena perbedaannya  sudah  terlampau  jauh dengan sensor suhu dijital.
Untuk ketahanan modul APRSnya sendiri,  pada  temperatur    dari  -20°C sampai  60°C  masih  berjalan  dengan baik,  sehingga  modul  APRS  masih dianggap tahan pada temperatur tersebut.
Dengan  adanya  sensor  suhu dijital yang terpasang pada modul APRS, akan  dijadikan  pembanding  sekaligus pelengkap  dari  sensor  suhu  analog terutama untuk suhu di atas 30 °C.

## DAFTAR RUJUKAN
ATMEL  Corp., 8-bit  AVR  Microcontroller with 32 KBytes In-System Programmable  Flash ,  ATmega32 Datasheet,  http://www.  atmel. com/images/doc2503.pdf    (Maret 2012).
Beech,  William  A.  et  al.,    1998. AX-25 Link  Access  Protocol  for  Amateur Packet  Radio ,  Version  2.2,  The American  Radio  Relay  League,
1998.  www.tapr.org/  pdf/  AX25.
2.2.pdf  (4 Oktober 2011). Dallas  Semiconductor, DS18S20  High Precision 1-Wire Digital Thermometer ,  Datasheet,  http://
www.datasheetcatalog.com/datas heets_pdf/D/S/1/8/DS1820.shtml (20 Maret 2012).
El  Amin,  Deddy;  Tahir,  Andi  Mukhtar; Soedjarwo, Moedji, 2014. Rancang
Bangun Uploader Firmware Modul APRS Lapan-Orari , Hasil Penelitian  dan  Pemikiran  Ilmiah tentang: Teknologi Pesawat
Terbang Tanpa Awak, Roket serta Satelit, 2014, IBP (Indonesia Book Project).
Forsberg, Chuck, 1986. Xmodem/ Ymodem Protocol  Reference ,  Portland:  Omen Technology, Inc.
H.-S, Seo et al., 2012. Thermal Failure of the LM117 Regulator Under Harsh Space Thermal Environments , Elsevier,  Aerospace  Science  and
Technology 27 (2013) 49–56.
Joo-Hyun,  Han;  Chun-Gon;  Kim,  2004. Low Earth Orbit Space Environment Simulation  and  its  Effects  on
Graphite/Epoxy Composites , Elsevier, Composite Structures 72
(2006) 218–226.
Kenwood Corporation, 144/440 MHz FM Dual Bander TH-D7A(G) , Instruction Manual.
Larson,  Wiley  J.  and  Wertz,  James  R., 2005. Space Mission Analysis and Design ,  Third  Edition,  Space Technology  Library,  Microcosm Press, California.
Texas  Instrument, LM135/  LM235/ LM335, LM135A/ LM235A/ LM335A  Precision  Temperature
Sensors , Datasheet, http:// www. ti.com/lit/ds/symlink/lm335.pdf (12 Januari 2012).
Votsch Industrietechnik GmbH., Climate in  Perfection, Technical  Data, www.v-it.com/sixcms/media.php/ 2335/VIT_VT3VC3TemperaturCli mate(E)[1].pdf.