PERCOBAAN 1 : ROBOT BERODA PENDETEKSI RANJAU ANTI TANK

 

1.        Tujuan          

Agar Bamasis mampu membuat robot beroda untuk mendeteksi ranjau Anti Tank

2.         Alat dan Bahan :

            a.         Laptop

            b.         Aplikasi Program Delphi

            c.         Codingan Arduino

            d.         Protheus

            e.         Arduino Uno

            f.          Sensor atau Detector Ranjau

            g.         Pemancar / Penerima

            h.         Motor DC

            i.          Kamera

            j.          Video Sender dan Receiver

            k.         TV Turner

            l.          DTMF Encoder dan Decoder

3.         Landasan Teori

            a.         Robot Beroda

              Robot adalah sebuah alat mekanik yang dapat melakukan tugas fisik, baik menggunakan pengawasan dan kontrol manusia, ataupun menggunakan program yang telah didefinisikan terlebih dulu (kecerdasan buatan). Seperti manusia, robot juga memiliki “otak” yang berfungsi sebagai pengendali seluruh sistem robot. Otak robot pada umumnya adalah mikrokontroler. Kemampuan ini bisa dicapai jika didukung oleh rangkaian sensor yang memadai agar robot mampu mendeteksi lingkungan di sekitarnya dengan baik sehingga dapat merespon perubahan yang terjadi di lingkungan sekitarnya.

                      Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Dalam hal ini energi mekanik yang dihasilkan digunakan untuk menggerakan Roda pada Robot Pendeteksi Ranjau Anti Tank.

            b.         Ranjau Anti Tank

                   Ranjau darat adalah alat peledak yang ditanamkan di permukaan atau dalam tanah dan akan meledak ketika disentuh  atau  diinjak  oleh  sebuah  kendaraan,  orang,  atau  binatang. Terdapat dua jenis Ranjau yaitu Ranjau Anti-Tank (AT) dan Ranjau Anti Personal (AP). Fungsi  dasar  kedua  jenis  ranjau  darat  ini  sama,  tetapi  ada beberapa  perbedaan penting  pada  kedua  ranjau  ini. Ranjau  AT biasanya  lebih  besar  dan  berisi  beberapa  kali  lebih  banyak  bahan peledak dari pada ranjau AP.

            Mekanisme Kerja:

·       Ranjau Tekanan (Pressure Mines): Ranjau ini meledak ketika mendeteksi tekanan yang cukup, biasanya dihasilkan oleh kendaraan yang melintas di atasnya. Mekanisme pemicu biasanya berupa plat tekanan atau pelatuk yang mengaktifkan detonator.

·     Ranjau Magnetik: Menggunakan sensor magnetik untuk mendeteksi massa logam besar seperti tank. Ketika kendaraan mendekat, perubahan medan magnet memicu ledakan.

·      Ranjau Berpandu: Dilengkapi dengan sensor seperti inframerah atau akustik yang mendeteksi keberadaan kendaraan dan memandu ranjau menuju target.

 

Ranjau anti-tank biasanya terbuat dari logam atau plastik. Plastik sering digunakan untuk mengurangi deteksi ranjau dengan alat pendeteksi logam. Komponen utama meliputi casing luar, bahan peledak (seperti TNT atau RDX), mekanisme pemicu, dan alat penstabil. Saat meledak, ranjau anti-tank menciptakan ledakan yang mampu menembus lapisan baja kendaraan tempur. Efek kerusakan meliputi perusakan roda, rantai, atau lambung kendaraan yang dapat membuatnya tidak berfungsi. Ranjau anti-tank banyak digunakan dalam berbagai konflik militer untuk pertahanan, memperlambat pergerakan musuh, atau mengamankan area strategis.

             c.      Detector Ranjau

Alat pendeteksi ranjau atau metal adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan objek logam di dalam tanah atau permukaan lainnya, termasuk ranjau darat dan ranjau anti-tank. Detektor ini umumnya digunakan dalam operasi pembersihan ranjau, arkeologi, pemeliharaan infrastruktur, serta dalam pencarian barang logam. Penggunaan utama detektor ranjau adalah untuk mengurangi risiko dan memastikan keselamatan selama pembersihan area yang diduga terdapat ranjau.

Prinsip Kerja Detektor Logam:

·   Alat pendeteksi logam bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Detektor logam menghasilkan medan elektromagnetik di sekitar kumparan pengirim (transmitter coil). Ketika medan ini mengenai objek logam, medan tersebut menginduksi arus listrik (disebut arus eddy) dalam logam tersebut.

·   Arus eddy ini kemudian menghasilkan medan elektromagnetik sekunder yang dideteksi oleh kumparan penerima (receiver coil) di detektor. Sinyal yang dihasilkan dapat dianalisis untuk menentukan keberadaan, kedalaman, dan jenis logam yang terdeteksi.

Jenis-Jenis Detektor Logam:

·   Very Low Frequency (VLF) Detectors: Menggunakan dua kumparan, yaitu transmitter dan receiver, dan bekerja pada frekuensi rendah untuk mendeteksi logam kecil pada kedalaman dangkal.

·      Pulse Induction (PI) Detectors: Menggunakan pulsa elektromagnetik yang kuat untuk mendeteksi logam. PI detektor mampu mendeteksi logam pada kedalaman yang lebih besar dan lebih efektif di tanah yang sangat mineral.

·  Ground Penetrating Radar (GPR): Menggunakan gelombang radio untuk memetakan bawah permukaan tanah. GPR lebih baik untuk mendeteksi obyek non-logam namun lebih kompleks dalam analisis datanya.

            d.      COM PORT pada Delphi

COM Port adalah port komunikasi serial yang biasanya digunakan untuk berkomunikasi dengan perangkat eksternal. Port serial ini mentransmisikan data secara berurutan (serial) satu bit pada satu waktu, berbeda dengan komunikasi paralel yang mentransmisikan beberapa bit sekaligus. Setiap port serial diidentifikasi dengan nama seperti COM1, COM2, dan seterusnya.

TComPort adalah komponen Delphi yang menyediakan antarmuka tingkat tinggi untuk berkomunikasi melalui port serial. Komponen ini memungkinkan Anda untuk membuka, menutup, membaca, dan menulis data ke COM Port tanpa perlu memanipulasi API Windows secara langsung.

Fitur utama TComPort termasuk pengaturan baud rate, data bits, parity, stop bits, buffer, event handling untuk data received, dan pengaturan kontrol aliran data (flow control). 

           e.         Fungsi DTMF pada kirim terima data.

                DTMF adalah metode pengkodean yang menggunakan kombinasi dari dua frekuensi nada yang berbeda untuk setiap angka atau simbol pada keypad telepon. Misalnya, menekan angka "1" pada telepon akan menghasilkan kombinasi frekuensi 697 Hz dan 1209 Hz. Setiap tombol pada keypad telepon mewakili kombinasi dari dua nada yang berasal dari dua grup frekuensi yang berbeda: satu dari frekuensi rendah (row tones) dan satu dari frekuensi tinggi (column tones). Berikut tabel frekuensi DTMF standar:

           Fungsi DTMF dalam Kirim-Terima Data:

· Pengiriman Sinyal Kendali (Control Signal Transmission): DTMF sering digunakan untuk mengirimkan sinyal kendali dari perangkat pengguna ke pusat kendali sistem telekomunikasi atau PBX (Private Branch Exchange). Misalnya, dalam sistem telepon interaktif seperti layanan perbankan melalui telepon atau sistem informasi otomatis lainnya, DTMF digunakan untuk mengirimkan input pengguna (misalnya, nomor akun atau pilihan menu).

·  Komunikasi Mesin ke Mesin (Machine-to-Machine Communication): Dalam beberapa aplikasi tertentu, DTMF dapat digunakan untuk komunikasi antara mesin atau perangkat untuk mengirimkan data kendali seperti pengaktifan atau penonaktifan perangkat, atau mengirimkan informasi numerik.

·      Pengendalian Jarak Jauh (Remote Control): Sistem keamanan, sistem alarm, dan beberapa perangkat kontrol rumah pintar memanfaatkan DTMF untuk memungkinkan pengguna mengendalikan perangkat dari jarak jauh menggunakan nada DTMF.

Kelebihan Penggunaan DTMF:

·       Keandalan dan Kecepatan: DTMF memungkinkan transmisi sinyal yang cepat dan dapat diandalkan melalui saluran telepon analog.

·     Kesesuaian dengan Infrastruktur Eksisting: DTMF kompatibel dengan sebagian besar infrastruktur telekomunikasi yang ada, baik yang analog maupun digital.

·     Kesederhanaan Implementasi: Implementasi DTMF tidak memerlukan peralatan yang kompleks, karena pengkodean dan penguraian nada dapat dilakukan dengan perangkat keras sederhana atau perangkat lunak.

Keterbatasan DTMF dalam Kirim-Terima Data:

·         Keamanan: Karena sinyal DTMF dapat didengar dan direkam dengan mudah, data yang dikirim melalui DTMF kurang aman dan dapat diakses oleh pihak yang tidak berwenang.

·       Keterbatasan Kapasitas Data: DTMF terutama digunakan untuk mengirimkan data numerik sederhana, bukan untuk transfer data berkapasitas besar atau kompleks.

·      Gangguan dan Distorsi: Suara latar, gema, dan interferensi pada saluran telepon dapat mempengaruhi keakuratan deteksi nada DTMF.

 

4.         Langkah percobaan

            a.         Desain Menggunakan 3D Max untuk Robot Beroda dan Detector Ranjau

            b.         Blok Diagram cara kerja robot beroda deteksi ranjau kirim data ke Ground Station.

            c.         Buat rangkaian Control Arduino untuk menggerakan Roda Motor DC

           d.         Buat rangkaian Detector Ranjau diterima oleh Arduino dan diterima oleh Laptop menggunakan Delphi menggunakan Protheus.

            e.         Buat coding Delphi untuk menunjukan daerah ranjau

           

5.         Hasil dan Pembahasan

            a.         Rangkaian Control Motor DC + Receiver dan Detector Ranjau

 Rangkaian Detector Ranjau

            b.         Tampilkan bukti hasil program Delphi tentang Deteksi Daerah Ranjau dan Videokan

           

            Pembahasan :

         a.            Pengguna melalui Remote Control mengirimkan perintah untuk maju (Throttle) dan belok kanan kiri (Roll) melalui Channel 1, 2. Sinyal dikirimkan melalui RF Frekuensi 2.4 Ghz dan diterima oleh Receiver pada Channel 1,2 dan 3. Channel 1 digunakan untuk Maju Mundur Channel 2 untuk berbelok Kanan dan Kiri sedangkan Channel 3 dapat kita gunakan sebagai Switch.

                  Setelah data diterima oleh Receiver kemudian diteruskan ke Arduino melalui Digital Input 3,5 dan 6. Input tersebut dipilih karena merupakan Input PWM pada Arduino. Data PWM dibaca oleh Arduino dan diterjemahkan serta di inputkan menjadi sebuah Analog Write ke Input Driver L298N.

                        Untuk mendapatkan Akselerasi Maju maka 
             DC Motor 1 : 1 0

                        DC Motor 2 : 1 0

                        Untuk mendapatkan Akselerasi Mundur maka 
             DC Motor 1 : 0 1

                        DC Motor 2 : 0 1

                        Untuk mendapatkan Belok Kiri maka 
             DC Motor 1 : 1 0

                        DC Motor 2 : 0 0

                        Untuk mendapatkan Belok Kanan maka 
             DC Motor 1 : 0 0

                        DC Motor 2 : 1 0

                    Pada Arduino, Pin 8,9,12,13 dijadikan output sebagai input pada IN1,IN2,IN3 dan IN4 pada Driver L298N. 

// Read the number of a specified channel and convert to the range provided.

// If the channel is off, return the default value

int readChannel(int channelInput, int minLimit, int maxLimit, int defaultValue){

  int ch = pulseIn(channelInput, HIGH, 30000);

  if (ch < 100) return defaultValue;

  return map(ch, 1000, 2000, minLimit, maxLimit);

}

// Read the switch channel and return a boolean value

bool readSwitch(byte channelInput, bool defaultValue){

  int intDefaultValue = (defaultValue)? 100: 0;

  int ch = readChannel(channelInput, 0, 100, intDefaultValue);

  return (ch > 50);

}

void setup(){

  // Set up serial monitor

  Serial.begin(115200);

 

  // Set all pins as inputs

  pinMode(CH1, INPUT);

  pinMode(CH2, INPUT);

  pinMode(CH4, INPUT);

  pinMode(pinA1, OUTPUT);

  pinMode(pinA2, OUTPUT);

  pinMode(pinB1, OUTPUT);

  pinMode(pinB2, OUTPUT);

}

void maju(int kecepatan){

  digitalWrite(pinA1, HIGH);

  digitalWrite(pinA2, LOW);

  digitalWrite(pinB1, HIGH);

  digitalWrite(pinB2, LOW);

  analogWrite(enA, map(kecepatan, -100, 100, 0, 255));

  analogWrite(enB, map(kecepatan, -100, 100, 0, 255));

}

void mundur(int kecepatan){

  digitalWrite(pinA1, LOW);

  digitalWrite(pinA2, HIGH);

  digitalWrite(pinB1, LOW);

  digitalWrite(pinB2, HIGH);

  analogWrite(enA, map(kecepatan, -100, 100, 0, 255));

  analogWrite(enB, map(kecepatan, -100, 100, 0, 255));

}

void kanan(){

  digitalWrite(pinA1, LOW);

  digitalWrite(pinA2, HIGH);

  digitalWrite(pinB1, HIGH);

  digitalWrite(pinB2, LOW);

}

void kiri(){

  digitalWrite(pinA1, HIGH);

  digitalWrite(pinA2, LOW);

  digitalWrite(pinB1, LOW);

  digitalWrite(pinB2, HIGH);

}

void stop(){

  digitalWrite(pinA1, LOW);

  digitalWrite(pinA2, LOW);

  digitalWrite(pinB1, LOW);

  digitalWrite(pinB2, LOW);

}

void loop() {

   // Get values for each channel

  ch1Value = readChannel(CH1, -100, 100, 0);

  ch2Value = readChannel(CH2, -100, 100, 0);

 

  // Determine motion based on channel values

  if (ch2Value > 10) { // Forward

    //if (boleh_maju == true){

      maju(ch2Value);

    //}else{

    //  stop();

    //}

   

  } else if (ch2Value < -10) { // Backward

    mundur(ch2Value);

  } else if (ch1Value > 10) { // Right

    kanan();

  } else if (ch1Value < -10) { // Left

    kiri();

  } else {

    stop(); // Stop if no significant input

  }

  // Print to Serial Monitor

  Serial.print("Ch1: ");

  Serial.print(ch1Value);

  Serial.print(" | Ch2: ");

  Serial.print(ch2Value);

  Serial.print(" | Ch4: ");

  Serial.println(ch4Value);

 

   

  delay(100);

}

b.                    Untuk proses pengiriman sinyal deteksi apabila terdapat ranjau pada saat robot sedang berjalan, robot ini menggunakan fungsi DTMF pada Radio RF. DTMF menggunakan kombinasi dua nada frekuensi yang berbeda untuk mewakili setiap digit pada keypad telepon. Ketika tombol pada keypad ditekan, dua nada berbeda dihasilkan: satu dari kelompok frekuensi rendah (low frequency) dan satu dari kelompok frekuensi tinggi (high frequency). Kombinasi ini unik untuk setiap digit atau simbol.

                 Sinyal DTMF yang dikirim kemudian diterjemahkan melalui DTMF Decoder. Saat Kode Tone ditekan, sinyal DTMF dikirimkan melalui frekuensi Radio. Kemudian Sinyal DTMF diterima oleh DTMF decoder yang terhubung ke sistem kontrol. Decoder ini menguraikan sinyal tersebut menjadi digit yang sesuai (misalnya, tombol "1" menghasilkan kode biner 0001). Setelah decoder mengidentifikasi digit yang sesuai, sinyal ini dapat digunakan untuk mengendalikan perangkat.

    Misal kita mengirimkan tone 2 maka akan menghasilkan output 1 Q2 pada Decoder

    Mengirimkan tone 8 maka akan menghasilkan output 1 Q4 pada Decoder

    Mengirimkan tone 4 maka akan menghasilkan output 1 Q3 pada Decoder

    Mengirimkan tone 5 maka akan menghasilkan output 1 Q3 dan Q1 pada Decoder

    Berikut adalah tabel tone DTMF serta sinyal Q1 s/d Q4 yang akan muncul.    

c.                Prinsip utama dari detektor ranjau anti-tank yang paling umum adalah induksi elektromagnetik. Detektor ini memancarkan medan magnet melalui koil (gulungan kawat). Ketika medan magnet ini bertemu dengan objek logam (seperti ranjau anti-tank), objek tersebut akan menghasilkan medan elektromagnetik sekunder yang kemudian dideteksi oleh detektor. Adanya perubahan pada medan magnet yang diterima dapat mengindikasikan keberadaan objek logam besar di bawah tanah. Pengguna kemudian diberi peringatan visual atau audio untuk mengidentifikasi lokasi potensial ranjau anti-tank.

            Ketika sinyal medan sekunder terdeteksi, perangkat elektronik pada detektor akan mengolah data ini dan mengidentifikasi karakteristik medan yang diterima, seperti intensitas dan frekuensi sinyal. Berdasarkan data ini, detektor dapat memberikan peringatan visual (seperti tampilan pada layar) atau audio (bunyi peringatan) kepada pengguna. Sinyal yang kuat dan konsisten biasanya menunjukkan bahwa ada objek logam besar, seperti ranjau anti-tank, yang terkubur di lokasi tertentu. Selain itu, dapat ditambahkan beberapa detektor canggih agar dapat memberikan informasi tambahan, seperti perkiraan kedalaman dan ukuran objek, sehingga memungkinkan pengguna untuk lebih akurat menentukan langkah selanjutnya.

           Agar efektif dalam mendeteksi ranjau anti-tank, detektor harus dikalibrasi dengan benar untuk mengatur sensitivitasnya. Pengaturan sensitivitas yang terlalu tinggi dapat menyebabkan "false positive" atau deteksi palsu terhadap benda-benda kecil atau tidak relevan, seperti serpihan logam kecil. Sebaliknya, sensitivitas yang terlalu rendah dapat menyebabkan detektor melewatkan objek logam yang lebih kecil namun masih berbahaya. Oleh karena itu, detektor ranjau anti-tank biasanya dilengkapi dengan fitur kalibrasi yang memungkinkan operator menyesuaikan pengaturan sesuai dengan kondisi medan dan kebutuhan operasional. Hal ini memastikan bahwa detektor berfungsi optimal di berbagai jenis medan dan kondisi lingkungan.

6.         Kesimpulan

a.    Robot Roda Pendeteksi Ranjau Anti Tank di atas menggabungkan teknologi kontrol jarak jauh, komunikasi sinyal DTMF, dan detektor ranjau anti-tank berbasis induksi elektromagnetik. Sistem ini menggunakan remote control berbasis frekuensi radio (RF) 2.4 GHz untuk mengendalikan gerakan maju-mundur dan belok kanan-kiri dari robot melalui Channel 1 dan 2, sedangkan Channel 3 dapat digunakan sebagai saklar. Sinyal dari remote control diterima oleh receiver dan diteruskan ke Arduino, yang kemudian menggerakkan motor DC melalui driver L298N dengan kombinasi sinyal PWM.

b.         Arduino digunakan sebagai pengontrol utama dalam sistem ini dengan input dari receiver diterima melalui pin PWM digital. Berdasarkan sinyal PWM yang diterima, Arduino mengirimkan perintah ke driver motor L298N untuk mengatur arah dan kecepatan motor DC. Kombinasi sinyal ini menentukan apakah robot akan bergerak maju, mundur, atau berbelok ke kanan atau kiri. Pengaturan pin output pada Arduino terhubung langsung ke driver motor untuk mengontrol motor dengan akurat, memungkinkan robot bergerak sesuai dengan instruksi yang diberikan oleh pengguna melalui remote control.

c.    Untuk deteksi ranjau saat robot bergerak, sistem ini memanfaatkan teknologi DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency) untuk mengirimkan sinyal peringatan. DTMF menggunakan kombinasi nada frekuensi yang berbeda untuk setiap digit yang ditekan pada keypad, dan sinyal ini dikirim melalui frekuensi radio. Decoder DTMF pada sistem kontrol kemudian menguraikan sinyal ini menjadi digit yang sesuai yang digunakan untuk mengendalikan perangkat tambahan atau memberikan peringatan jika ada ancaman yang terdeteksi. Dengan demikian, sistem ini memanfaatkan komunikasi sinyal DTMF untuk memberikan respons terhadap ancaman ranjau di lapangan.

d.        Detektor ranjau anti-tank dalam rancang bangun Robot ini bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Detektor memancarkan medan magnet melalui koil, dan ketika medan ini bertemu dengan objek logam, seperti ranjau anti-tank, medan elektromagnetik sekunder dihasilkan dan dideteksi oleh perangkat. Perubahan pada medan magnet yang diterima oleh detektor memberikan indikasi adanya objek logam besar di bawah tanah, dan perangkat elektronik detektor menganalisis karakteristik medan ini untuk memberikan peringatan visual atau audio kepada pengguna. Dengan kalibrasi sensitivitas yang tepat, detektor ini dapat diatur untuk bekerja optimal di berbagai jenis medan.

Secara keseluruhan, sistem robotik ini mengintegrasikan kontrol gerakan robot menggunakan Arduino dan remote control, komunikasi sinyal DTMF untuk deteksi ancaman, serta detektor ranjau anti-tank berbasis induksi elektromagnetik. Kombinasi teknologi ini memungkinkan robot untuk bergerak secara akurat di medan yang berbahaya sambil memberikan deteksi dan peringatan dini terhadap ancaman ranjau. Dengan fitur-fitur canggih ini, sistem ini dapat digunakan dalam operasi militer atau misi kemanusiaan untuk membersihkan area berbahaya dari ranjau dan ancaman serupa.

          

 7.      Referensi

 a.    Dwiyanto, M., & Bakarbesy, M. (2015). Rancangan bangun robot beroda pemadam api menggunakan Arduino Uno Rev.1.3. Jurusan Teknik Elektro, Program Studi Diploma IV Teknik Elektro, Politeknik Katolik Saint Paul Sorong.

  b.    Wilson, R., Prasetya, D. A., & Muda, N. R. S. (2018). Rancang bangun robot pendeteksi ranjau berbasis Arduino Uno. Teknik Elektro, Universitas Merdeka Malang; Teknik Komunikasi Militer, Politeknik Kodiklatad.