SKENARIO HARDWARE CONTROL FORMASI SEGITIGA SAMASISI

1. Menghitung Jarak Antara Dua Koordinat GPS

Apa itu Latitude dan Longitude?

Latitude (Lintang): Koordinat yang menunjukkan posisi utara atau selatan terhadap garis khatulistiwa (0°). Nilai positif menunjukkan belahan bumi utara (N), sedangkan nilai negatif menunjukkan belahan bumi selatan (S). Contoh: -6.118 berarti berada di belahan bumi selatan.

Longitude (Bujur): Koordinat yang menunjukkan posisi timur atau barat terhadap garis meridian utama (0° di Greenwich, Inggris). Nilai positif menunjukkan arah timur (E), sedangkan nilai negatif menunjukkan arah barat (W). Contoh: 106.838 berarti berada di belahan timur.

Bagaimana Mengenali Latitude dan Longitude dalam Data GPS?

Data GPS biasanya berisi pasangan angka yang menunjukkan koordinat lokasi. Format umumnya:

• Format Desimal: (-6.118, 106.838)
• Format Derajat, Menit, Detik (DMS): 6°07'05.8"S, 106°50'16.8"E
• Format GPS NMEA: $GPGGA,123519,0607.098,S,10650.280,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,,*47

Dalam sistem GPS, data ini sering dikirim dalam format NMEA dan bisa diolah untuk mendapatkan koordinat yang tepat.

Jarak antara dua titik di permukaan bumi dapat dihitung menggunakan rumus Haversine:

            d = 2 * R * asin(sqrt(sin²((lat2 - lat1) / 2) + cos(lat1) * cos(lat2) * sin²((lon2 - lon1) / 2)))
            

Penjelasan: Rumus ini digunakan untuk menghitung jarak antara dua titik pada permukaan bumi yang memiliki koordinat GPS yang berbeda. Fungsi ini berguna untuk menentukan seberapa jauh dua Buoy berada satu sama lain berdasarkan posisi GPS mereka.

Bahan Bacaan:

• Cara Menghitung Jarak Antara Dua Koordinat GPS (GeoMeasure)
• Excel Template Hitung Jarak Koordinat Derajat Desimal Geografis (Geotekno)
• Cara Menghitung Jarak Antara Dua Koordinat GPS di Excel (Exceldemy)

2. Menentukan Koordinat Buoy2 dan Buoy3 untuk Segitiga Sama Sisi

Apa itu Formasi Segitiga Sama Sisi di Permukaan Bumi?

Formasi segitiga sama sisi adalah susunan tiga titik yang membentuk segitiga dengan panjang sisi yang sama. Pada permukaan bumi, karena bentuknya yang melengkung (sferis), koordinat tidak bisa dihitung hanya dengan geometri Euclidean biasa, tetapi harus menggunakan perhitungan geodesi seperti rumus Haversine atau metode koordinat kartesian.

Menentukan Koordinat (Latitude, Longitude)

Jika Buoy1 berada di koordinat (-6.118, 106.838), maka kita ingin menentukan posisi Buoy2 dan Buoy3 sehingga jaraknya tetap 20 meter dan membentuk segitiga sama sisi. Langkah-langkahnya adalah:

1. Gunakan rumus Haversine untuk menghitung perubahan koordinat berdasarkan jarak dan sudut tertentu.
2. Buoy2 dan Buoy3 harus berada pada sudut 120° dan 240° terhadap Buoy1 dalam sistem koordinat lokal.
3. Konversi koordinat dari sistem kartesian kembali ke format latitude dan longitude.

Menjaga Formasi dengan GPS

Setiap buoy dilengkapi dengan modul GPS untuk mengetahui posisi real-time. Agar formasi tetap stabil:

• Buoy1 dijadikan sebagai referensi tetap.
• Buoy2 dan Buoy3 terus memantau koordinat mereka dan melakukan koreksi menggunakan aktuator atau sistem navigasi.
• Jika ada penyimpangan dari formasi ideal (misalnya karena arus laut atau angin), algoritma kontrol akan mengarahkan buoy kembali ke posisinya menggunakan data dari GPS dan sensor lainnya.

Referensi Bacaan:

• Geospatial World: Konversi Koordinat Latitude-Longitude ke Koordinat Kartesian
• Excel Easy: Mengonversi Koordinat Latitude/Longitude ke Koordinat Cartesian

3. Mengarahkan Buoy ke Formasi Segitiga Sama Sisi

Jika Buoy2 dan Buoy3 ingin menuju posisi formasi, maka kontrol motor harus disesuaikan:

• Kanan ON - Kiri OFF: Untuk berbelok ke kiri
• Kiri ON - Kanan OFF: Untuk berbelok ke kanan
• Kedua motor ON: Bergerak lurus
• Kedua motor OFF: Berhenti

Penjelasan: Sistem kontrol motor ini memungkinkan Buoy2 dan Buoy3 untuk bergerak sesuai dengan arah yang diinginkan. Dengan pengaturan motor yang tepat, Buoy dapat menuju formasi segitiga dengan tepat. Pengaturan motor ini memungkinkan gerakan ke kiri, kanan, lurus, atau berhenti.

Kontrol Formasi: Pada tahap ini, formation control dilakukan oleh server yang menjalankan sebuah script Python dengan algoritma tertentu (Fuzzy 2 untuk mengkalkulasi selisih). Script ini menerima data koordinat dari Buoy1, Buoy2, dan Buoy3, lalu mengkalkulasi posisi yang seharusnya untuk Buoy2 dan Buoy3 guna membentuk konfigurasi formasi segitiga sama sisi dengan panjang sisi 20 meter pada case ini. Program server kemudian mengirimkan data untuk menggerakkan Buoy2 dan Buoy3 sambil terus menerus membaca koordinat yang dikirim oleh Buoy2 dan Buoy3 untuk menentukan perintah harus membelok ke kanan atau kiri menuju arah koordinat target. Perintah ini dikirim dalam bentuk perintah menggerakkan motor propeller sebelah kanan dan kiri, menjalankan salah satunya atau menjalankan keduanya jika Buoy bersangkutan harus berjalan lurus menuju koordinat target, dan menghentikan keduanya setelah posisi target tercapai.

Bahan Bacaan:

• Differential Drive Control (Robotshop Forum)
• Understanding Motor Control for Robotics (Robotshop Forum)

4. Sistem Transmisi Data dan Kontrol

Data dari setiap Buoy dikirim ke internet dan diterima oleh server yang menjalankan script Python dengan algoritma kontrol posisi.

Server kemudian mengirimkan perintah kepada Buoy2 dan Buoy3 agar bergerak menuju posisi yang didefinisikan oleh Buoy1.

Buoy1 sebagai referensi tetap diam hingga formasi terbentuk.

Proses pembentukan formasi dapat dipantau melalui web page pada portal: https://pandawatechno.com/ABuoy/

Penjelasan: Data dari Buoy1 dan buoys lainnya dikirim ke server untuk dihitung posisi mereka dan memberikan perintah yang tepat. Server menggunakan algoritma untuk menghitung posisi dan mengarahkan Buoy2 dan Buoy3 sesuai dengan formasi yang diinginkan. Proses ini memungkinkan Buoy untuk berkoordinasi secara otomatis dan membentuk formasi segitiga.

Bahan Bacaan:

• Python Sockets: Mengirim dan Menerima Data melalui Socket (Real Python)
• Python Networking Tutorial (TutorialsPoint)

6. Pengujian Formation Control Buoy

Pengujian Manual/ Individual:

Pengujian pertama formasi segitiga sama sisi dilakukan di lokasi perairan darat yaitu perairan buatan di area perumahan Bekasi.

Pengujian ini berlangsung selama hingga paling lama 1.5 jam karena menunggu sinyal GPS yang valid dan berhasil mendapatkan data, karena sistem ini baru akan berjalan apabila ketiga buoy telah sama-sama menerima data yang valid. Namun pengujian di perairan buatan terkendala hal-hal sebagai berikut:

Pengujian di Air:

Pengujian selanjutnya adalah dilakukan di lokasi perairan darat yaitu perairan buatan di area kolam besar.

Pengujian ini berlangsung selama hingga paling lama 1.5 jam karena menunggu sinyal GPS yang valid dan berhasil mendapatkan data, karena sistem ini baru akan berjalan apabila ketiga buoy telah sama-sama menerima data yang valid. Namun pengujian di perairan buatan terkendala hal-hal sebagai berikut:

• Baterai cepat habis: Akibat lama menunggu data GPS Valid pada ketiga Buoy, ditambah Cuaca panas menyebabkan baterai cepat drop, mempercepat penghabisan daya.
• Gangguan lingkungan: Perairan yang penuh dengan tanaman air dan binatang air menghalangi gerakan buoy, meningkatkan gesekan dan menambah beban pada motor.
• Masalah sinyal GPS: GPS sering kali tidak menerima sinyal yang stabil saat cuaca buruk seperti mendung atau hujan, yang memperburuk akurasi posisi buoy.
• Angin kencang: Karena dilakukan di perairan dengan udara terbuka maka muncul kecepatan angin yang tinggi yang menyebabkan pergerakan buoy menjadi lebih lambat dan menyulitkan pengujian formasi yang diinginkan.
• Perangkat keras terbatas: Proses perbaikan dan penggantian komponen buoy seringkali memakan waktu, menyebabkan penundaan dalam uji coba.

Akibat dari kegagalan pengujian di perairan, pengujian dilanjutkan dengan alternatif pengujian di darat. Pada tahap ini, buoy tidak lagi diuji di air, melainkan digerakkan secara manual menuju titik koordinat yang diperintahkan. Metode ini memungkinkan pengujian tetap berlangsung meskipun dengan kendala lingkungan yang tidak mendukung.

Pengujian di Daratan:

Langkah-langkah yang dilakukan saat pengujian di darat adalah sebagai berikut:

• Pertama, memastikan cuaca cerah dan tidak ada penghalang disekitar lokasi ujicoba, karena itu dipilih lokasi berupa tanah lapang. Koordinat untuk Buoy1, Buoy2, dan Buoy3 ditentukan dan diperiksa untuk memastikan posisi yang tepat di dalam formasi segitiga.
• Selanjutnya, setiap buoy ditempatkan pada koordinat yang telah ditentukan, dengan memperhatikan arah dan putaran baling-baling.
• Jika kedua baling-baling berputar, maka orang yang menggerakkan buoy harus berjalan lurus menuju titik koordinat yang dituju.
• Jika motor baling-baling kanan berputar lebih cepat daripada motor kiri, maka orang tersebut harus membelok ke kiri untuk menyesuaikan arah. Sebaliknya, jika motor kiri yang berputar lebih cepat, maka orang tersebut harus membelok ke kanan.
• Ketika kedua motor berputar dengan kecepatan yang sama, orang tersebut harus berjalan lurus perlahan ke depan, mengikuti jalur yang telah ditentukan.
• Pengujian berakhir ketika kedua motor berhenti, yang menandakan bahwa buoy telah mencapai posisi koordinat akhir yang ditentukan.

Metode ini memungkinkan untuk menguji kinerja algoritma tanpa bergantung pada elemen perairan, serta memberikan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana buoy merespons perubahan arah dan kecepatan motor dalam mencapai titik koordinat yang ditentukan.

Penjelasan: Pengujian ini dilakukan untuk mengurangi risiko kegagalan dan memastikan algoritma berjalan dengan baik sebelum diaplikasikan ke buoy yang sesungguhnya. Setiap kendala yang muncul memberikan wawasan penting untuk perbaikan desain dan perencanaan lebih lanjut.

DATA HASIL PENGUJIAN:

• Data Kordinat GPS Formasi Segitiga